深部動壓劇烈區域大斷面硐室圍巖卸壓技術研究

滕鑫麟

（冀中能源股份公司 東龐礦，河北 邢臺 054000）

1 概 況

我國煤礦平均采深已達到700 m 左右，并以每年10～25 m 的速度遞增。深部巖體所處的“三高一擾動”復雜力學環境使得深井巷道圍巖呈現出變形持續時間長、絕對變形量大、收斂速度快等不同于淺部圍巖的變形破壞特征，有針對性地開展系統研究具有必要性和緊迫性。

東龐礦深部水平12 采區皮帶巷、軌道巷、回風巷在經歷采動影響后，發生圍巖大變形與支護系統損毀等劇烈礦壓現象，需要進行全斷面擴刷整修。21215 工作面設計停采線與大巷間煤柱為150 m，12 采區泵站硐室位于停采線與大巷之間，距離停采線約75 m，因此，當21215 工作面推進至停采線附近時，強烈的動壓影響使該硐室發生更大范圍劇烈礦壓現象，甚至發生安全事故。此外，當21215 工作面開采完后，該硐室仍將服務于12 采區其它工作面，常規的支護手段不能滿足于21215工作面及強采動影響。

2 硐室內部卸壓及控制

東龐礦12 采區大斷面集中供液泵站硐室圍巖內部卸壓控制措施有7 項：①頂板及兩幫補打注漿錨索梁桁架；②底板兩底角開挖卸壓槽；③頂底板單體柱雙向強支撐；④兩幫煤體內部造穴卸壓；⑤囊袋恒阻系統安裝及卸壓孔洞閉合度觀測；⑥采動超前應力觀測；⑦巷道圍巖礦壓監測（包括錨索受力、單體柱受力等）及確定二次及多次卸壓時機。泵站硐室總體施工方案如圖1 所示。

圖1 泵站硐室總體施工方案Fig.1 Overall construction scheme of pump station chamber

3 硐室圍巖卸壓控制方案關鍵參數及施工

3.1 硐室頂板及兩幫注漿錨索梁桁架

硐室頂板每排補打2 根φ21.8 mm×10 500 mm 長錨索（注漿錨索）加強支護，注漿錨索與頂板夾角約75°，錨索間距約2.4 m，排距為3.2 m，左右兩側錨索距離巷壁約1.3 m，頂錨索上好1 卷S2360 樹脂藥卷、3 卷Z2360 樹脂藥卷攪拌至孔底后，施工人員把注漿專用銅管送入錨索孔內進行注漿，采用化學漿液進行注漿加固，注漿壓力約3 MPa。注漿完成后及時漲拉錨索，頂板錨索預緊力為130 kN。左右2 根注漿錨索用H 型雙鋼帶梁配套方形大托盤（400 mm×400 mm）、托盤（200 mm×200 mm）及小托盤連接。（頂板錨索自硐室外側第9 排起每隔10 排回采幫錨索安裝1 個錨索測力計共安裝4 個頂板錨索測力計），硐室頂板共需錨索數量為92 根。

硐室兩幫補打注漿錨索梁桁架（與頂板錨索梁桁架并行施工）。12 采區集中泵站硐室兩幫分別補打3 根注漿錨索梁桁架，錨索規格為φ21.8 mm×6 500 mm 注漿錨索，上排錨索上仰15°，下排錨索下俯5°，注漿錨索間距為1.2 m，排距為1.6 m，上排錨索距離頂板300 mm，下排錨索距離底板300 mm，幫錨索上好1 卷S2360 樹脂藥卷、3卷Z2360 樹脂藥卷攪拌至孔底后，施工人員把注漿專用銅管送入錨索孔內進行注漿，采用化學漿液進行注漿加固，注漿壓力約3 MPa。注漿完成后及時漲拉錨索，兩幫錨索預緊力不低于100 kN。幫部上下3 根錨索用H 型雙鋼帶梁配套方形大托盤（400 mm×400 mm）、托盤（200 mm×200 mm）及小托盤連接，形成錨索梁桁架結構，抵御硐室兩幫松軟煤體整體向外臌出。

3.2 硐室底板兩側切槽卸壓及頂底板單體柱雙向強支撐

為抵御大斷面集中泵站硐室底板煤巖體大范圍向外臌出，對硐室底板兩側實施切槽卸壓，切槽深度400 mm，寬度為300 m，具體根據現場底板切槽實際變形情況實施多次切槽。為控制硐室頂板下沉量及抵御底板明顯向外臌出，硐室巷內布設單體柱對頂底板進行雙向強支撐，每排布置3 根單體柱，并配合π 型鋼梁支護，單體柱分別布置在距離設備側幫0.2 m、距離設備側幫2.4 m 及距離回采側幫0.2 m 位置處，排距為1.0 m，π 型鋼梁規格以4.5 m 長的π 型鋼梁為主（同時需配備3.0 m長的π 型鋼梁約10 根、3.5 m 長的π 型鋼梁約30 根、4.5 m 長的π 型鋼梁約107 根），其布置方向與硐室軸向方向相互垂直。泵站硐室巷內單體支柱布置如圖2 所示。

圖2 泵站硐室巷內單體支柱布置Fig.2 Arrangement of single pillar in pumping station chamber roadway

3.3 兩幫卸壓孔洞參數及實施位置

卸壓孔位于硐室兩幫距離底板1.0 m 高度（設備位置處高度可增大至1.5 m），傾斜于巷壁軸向方向45°且上仰3°布置，兩幫卸壓孔排距為4.0 m，外部小孔直徑約133 mm，傾斜布置的小孔孔深約17 m，深部造穴孔深3.0 m，一次出煤量約5 m3。為防止造穴沖孔對兩幫淺部錨固體內煤體的破壞，首先對深度為15 m 范圍內直徑133 mm 鉆孔內插入127 mm 的地質鋼管，然后鉆頭通過鋼管對深部17 m 煤體內實施造穴，造穴完成后及時封孔。當囊袋系統閉合度達80%左右時，實施二次造孔洞卸壓。

4 硐室圍巖卸壓控制預期效果分析

由圖3 大斷面硐室圍巖位移量觀測結果可知，靠近皮帶巷測站圍巖變形最為嚴重，且硐室各個測站圍巖變形以底板臌起最為明顯，3 個斷面底板臌起量均超過220 mm，靠近皮帶巷側硐室底板臌起超過500 mm。

圖3 大斷面硐室圍巖移近量變化曲線Fig.3 Variation curve of surrounding rock displacement of large section chamber

截至2021 年4 月30 日，靠近軌道巷側布置的A 測站（第68 d 對底板局部重新整平，局部臥底約70 mm）頂底板變形量約為210 mm，兩幫移近量最大約為130 mm，其中頂板下沉量為50 mm，底板臌起量為160 mm，回采幫移近量為77 mm，大巷幫移近量為53 mm。

硐室中部位置布置的B 測站頂底板變形量約為520 mm，兩幫移近量最大約為310 mm，其中頂板下沉量為118 mm，底板臌起量為402 mm，回采幫移近量為200 mm，大巷幫移近量為110 mm，該位置處底臌量較為明顯。靠近硐室外部皮帶巷側布置的C 測站圍巖變形量最為劇烈，頂底板變形量約為630 mm，兩幫移近量最大約為230 mm，其中頂板下沉量為100 mm，底板臌起量為530 mm，回采幫移近量為130 mm，大巷幫移近量為100 mm，靠近皮帶巷側硐室底臌量最為明顯。目前，硐室底板臌起量較為明顯，而底臌過程正是深部圍巖卸壓的過程，在保證硐室兩幫移近量穩定條件下底臌的發生，對控制大斷面硐室兩幫圍巖具有積極作用。

除硐室底板臌起量外，以上位移量主要發生在造穴施工前。當大斷面硐室兩幫煤體內部造穴實施后，圍巖位移量明顯變小，同時圍巖移近速度顯著降低。因此，以大斷面硐室圍巖頂板下沉量、大巷側幫移近量、回采幫移近量為觀測指標，充分證明了硐室兩幫煤體內部實施造穴取得了良好的圍巖卸壓效果，硐室圍巖變形量發相對較為穩定。

5 結 語

當硐室頂板開始受采動應力影響時，卸壓槽受圍巖擠壓作用頂板圍巖發生彎曲下沉，底板臌起明顯，特別是深部煤體不斷向外擠出，使卸壓槽持續被填充、閉合，卸壓槽空間持續縮小。硐室巷道采用注漿錨索+單體π 型鋼支護后，通過在巷道周圍開挖卸壓孔洞空間對巷道圍巖卸壓，兩幫變形量及底臌量在可控范圍內，未發生明顯變形，保障了硐室巷道的穩定，調控效果顯著。