漳村礦采區動壓巷道圍巖穩定性分析及治理措施研究

馮艷杰

(潞安集團漳村煤礦，山西 長治 046000)

煤層動壓巷道已經成為影響煤礦安全生產的重要因素之一，動壓巷道比一般巷道面臨的圍巖條件更為復雜，兩幫為低強度的煤體，直接頂和直接底由力學性質較差的砂質巖和泥質巖組成，而力學性質較穩定的深部圍巖組成老頂和老底；除此之外，動壓巷道圍巖受載條件復雜，在工作面超前支承壓力的影響下[1-2]，圍巖底鼓和兩幫移近的現象更為強烈。由此可見，對井下采區動壓巷道圍巖穩定性進行分析并提出針對性的治理措施具有十分重要的現實意義。

1 研究對象

本文依托漳村煤礦西下山材料巷和25采區材料巷、膠帶巷等動壓巷道為工程背景進行研究。

25采區巷道(紅色標注)為南北向平行布置，西下山巷道為東西向布置，巷道間距均為30 m(中-中)，斷面均為5 m(寬)×3.5 m(高)；該采區內布置6個工作面，目前2505工作面正在回采，2506工作面正在圈定。巷道均采用錨網支護，立交點及地質構造區采用工鋼錨網聯合支護。采區巷道布置關系如圖1 所示。

2 動壓巷道變形情況

2.1 西下山材料巷

現場實測表明，西下山材料巷整條巷道在3 400～3 650 m范圍內變形較嚴重，主要體現為北幫U型鋼棚肩角位置受壓嚴重，U型鋼棚肩角弧線壓直；局部區域可見少量幫鼓現象，棚頂尖銳，兩側棚腿有明顯變形，最大變形量達0.2 m；個別鋼棚有扭曲變形。典型變形有7處，具體統計如表1所示。

圖1 采區巷道布置關系

2.2 25采區材料巷

25采區材料巷分段呈現“頂板下沉、兩幫移近、底鼓”等現象，西幫呈現出整體向巷內滑移現象，而東幫呈現出肩凸、腰凹、腳凸現象，且西幫移近量普遍大于東幫；兩幫與頂板交聯程度較差，西幫滑移變形已使部分頂錨桿進入煤體內部。從巷道變形破壞的形態來看，巷道既受到水平方向的推力使兩幫移近、頂板壓縮，也受到豎直方向的壓力使兩幫褶疊幫鼓、頂板下沉。典型變形有9處，具體統計如表2所示。

2.3 25采區膠帶巷

25采區膠帶巷整體頂板較為破碎，西幫變形較大。局部區域頂板下沉、鋼梁彎曲，東幫底端外鼓，U型棚頂變尖銳。典型變形有3處，具體統計如表3所示。

表1 西下山巷典型變形統計

表2 25采區材料巷典型變形統計

表3 25采區膠帶巷典型變形統計

3 動壓巷道應力場分析及鉆孔窺視驗證

動壓巷道受載條件復雜，不僅受到原巖應力場作用，還受到構造應力場和采動應力場的作用[3-4]，多種應力復合作用導致動壓巷道圍巖變形嚴重；本文在分析應力場對巷道影響的原因后采用鉆孔窺視儀探測煤(巖)體內部發育情況來驗證分析結果。

3.1 應力場分析

3.1.1 原巖應力場

結合之前井下近25采區(實際地點為23采區排水風巷2號貫通向南20 m處)地應力實測數據顯示，該處最大水平主應力，方向為NW57.1°，最小水平主應力，垂直主應力；可知該處垂直主應力大于最大水平主應力，圍巖原巖應力以自重應力場為主。

3.1.2 構造應力場

從圖1中的底板等高線可知，25采區大巷的0～650 m范圍內在局部區域屬于小向斜構造，650～900 m范圍內在局部區域屬于小背斜構造，但整體而言25采區大巷所處位置底板起伏比較小，所有巷道周邊均未見較大斷層。

3.1.3 采動應力場

從圖1中可以看到，25采區大巷東西兩側分別為22采區和25采區的采空區，其中，105～665 m為2502和2503的采空區。隨著22采區工作面的回采，25采區實體煤承擔了上覆巖層中的相當一部分重量且回采面積越大，承載重量越大；但隨著25采區工作面的回采，其上覆巖層重量轉由25采區大巷煤柱實體煤來承擔，在雙重采動影響下，大巷煤柱應力集中，巷道變形嚴重。

從三種應力場進行分析，可以得出，對于最大水平主應力，與東西向布置的巷道存在23.9°的銳角，最大水平應力的分力為沿巷道東西走向，垂直于巷道幫壁面的分力較小，雖在一定程度上將會促進25采區巷道西幫幫鼓，但整體對西下山材料巷的穩定性的影響較小；對于構造應力，25采區巷道布置范圍內無較大地質構造，構造應力對25采區巷道變形的影響可忽略不計；對于采動應力，22采區采空范圍大，上覆巖層回轉下沉造成的擾動在25采區大巷變形中起主導作用；在上覆巖層回轉下沉過程中，一是豎直方向的應力增加使煤體破裂；二是形成的水平方向的應力分量使煤體水平滑移，由此造成25采區巷道頂板下沉、底鼓、兩幫滑移，且東幫變形嚴重。

3.2 鉆孔窺視驗證

為提高驗證準確性，分別在25采區材料巷250 m、470 m、520 m、535 m、600 m、615 m處設置6個頂板窺視孔和25采區專回350 m、460 m、540 m、640 m處布置4個巷幫窺視孔，其觀察結果如下：

1) 窺視結果顯示頂板上方5.2～5.7 m為泥巖直接頂，平均厚度5.45 m，直接頂上方5.3～9.5 m為中粒砂巖老頂，平均厚度7.4 m，具有水平層理和斜層理；

2) 橫向方向，470 m和615 m處兩孔較為破碎，存在局部張拉裂隙；

3) 縱向方向，頂板直接頂縱向裂隙較多，主要集中在3.8～4.9 m，且分別在0.7 m和2.8 m兩處產生離層，老頂整體完整性較好；

4) 專回西幫0～2.3 m煤體較為破碎，3.1～5.3 m裂隙發育；東幫0～0.9 m煤體較為破碎，2.1～3.6 m裂隙發育。

綜上所述，鉆孔窺視結果與應力場分析原因相互印證，頂板窺視表明巖層相對穩定，兩幫窺視結果顯示兩幫為非對稱破壞，且西幫破壞深度比東幫要深；綜合其原因為22采區上覆巖層下沉回轉導致巷道東幫的水平滑移大于西幫，西幫所受垂直應力大于東幫，因此西幫破壞深度更大。

4 巷道治理技術措施

結合上述分析的巷道破壞原因，提出針對性的巷道治理技術措施來消除巷道重復修理難題。

4.1 改造施工

對25采區專回、材料巷以刷東幫施工為主，刷西幫時以刷幫后距瓦斯抽放管路500 mm(刷至實體煤)為宜進行控制，刷幫后總巷寬不小于4.6 m；膠帶巷部分頂板下沉嚴重地段刷幫挑頂改造并套架U29拱架支護。

4.2 注漿加固

使用水泥漿或者水泥水玻璃雙漿液為注漿材料，依次對專回-材料巷-膠帶巷進行注漿，注漿施工設置參數如表4所示。

表4 注漿施工參數

5 結 語

本文通過對漳村礦3條動壓巷道進行地應力實測、應力場分析、鉆孔窺視儀驗證分析結果，針對性地提出了治理技術措施，該措施在井下實際應用中取得了良好效果，有效控制了圍巖變形，為其它采區巷道出現類似情況提供參考依據，同時減少了重復投入施工的次數，保證了巷道服務年限，對促進礦井可持續發展具有重要的現實意義。