榆樹井煤礦頂板淋水巷道控制技術(shù)研究

王均明 王萬(wàn)里

（1.內(nèi)蒙古上海廟礦業(yè)有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 016200；2.臨沂礦業(yè)集團(tuán)菏澤煤電有限公司郭屯煤礦，山東 菏澤 277500）

礦井水害[1-2]制約井下的安全生產(chǎn)，本文針對(duì)榆樹井煤礦13806 下順槽主斷面掘進(jìn)期間頂板淋水嚴(yán)重的現(xiàn)象，對(duì)榆樹井煤礦頂板淋水巷道控制技術(shù)[3-4]進(jìn)行研究，制定合理的巷道控制方案。

1 概況

榆樹井煤礦13806 下順槽主斷面沿8 號(hào)煤層底板掘進(jìn)，斷面為直墻圓弧拱加三心拱底，地面標(biāo)高+1 296.5～+1304 m，工作面標(biāo)高+920～+1038 m；東側(cè)為13808 工作面，南側(cè)為13 采區(qū)邊界，西側(cè)為13806 工作面，間距煤柱20 m，北側(cè)為13 采區(qū)回風(fēng)下山。8 煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，平均厚度2.81 m，普氏硬度系數(shù)3～5。順槽掘進(jìn)期間受到NF24、NF24、NF32、F13806-3 等斷層影響，頂?shù)装鍘r性如圖1。

圖1 頂?shù)装鍘r性圖

根據(jù)13806 兩順槽實(shí)際揭露情況，局部區(qū)域會(huì)有頂板淋水，且個(gè)別地點(diǎn)水量較大。根據(jù)水文地質(zhì)比擬法估算巷道涌水量：Q待掘/Q已掘=L待掘/L已掘。13806 下順槽長(zhǎng)度2075 m，掘進(jìn)過(guò)程中正常涌水量49.2 m3/h，最大涌水量65.4 m3/h；13808 上順槽巷道長(zhǎng)度2119 m，計(jì)算可得13808 上順槽正常涌水量50.2 m3/h，最大涌水量66.8 m3/h。

根據(jù)13806 下順槽施工情況，巷道局部淋水區(qū)底板巖層遇水膨脹、泥化，影響巷道正常掘進(jìn)施工。

2 巷道圍巖控制策略及方案

2.1 巷道圍巖控制策略

1）頂板控制

頂板高強(qiáng)錨桿可以提供高預(yù)應(yīng)力加固頂板淺部圍巖，使淺部巖層形成組合梁結(jié)構(gòu)，共同控制頂板的彎曲下沉變形，其在巖體中的作用相當(dāng)于“銷釘”，增大結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度，增大破碎巖體的殘余強(qiáng)度；頂板高強(qiáng)度錨索能夠?qū)㈨敯迳畈颗c淺部的巖層連接起來(lái)，將頂板淺部破碎圍巖懸吊在深部穩(wěn)定巖層之中。采用的錨網(wǎng)索耦合支護(hù)，加強(qiáng)頂板的協(xié)同變形[5]。

2）兩幫支護(hù)

巷道兩幫的失穩(wěn)將嚴(yán)重影響頂板的穩(wěn)定性，采用高強(qiáng)度高預(yù)應(yīng)力錨桿索加強(qiáng)兩幫支護(hù)，控制兩幫圍巖變形，確保巷道整體穩(wěn)定。現(xiàn)場(chǎng)順槽煤柱幫應(yīng)力明顯高于左幫，因此采用不對(duì)稱錨索支護(hù)[6]的形式。巷道存在頂板淋水較大的情況，幫部圍巖長(zhǎng)期在淋水侵蝕下容易膨脹變形，造成幫部失穩(wěn)、支護(hù)失效，通過(guò)噴漿的方式可以封閉圍巖，隔絕空氣和水，進(jìn)而保護(hù)圍巖穩(wěn)定性。

3）底板支護(hù)

底板錨桿同樣可以將底板淺部低強(qiáng)度巖層與深部高強(qiáng)度穩(wěn)定巖層連接起來(lái)，進(jìn)而提高底板巖層間的摩擦力來(lái)阻止弱面滑移變形，抑制底板軟巖因擴(kuò)容和膨脹變形而引起的變形。底角錨桿索可以提高巷道底角處圍巖的應(yīng)力，提高圍巖強(qiáng)度，分散兩幫傳遞的應(yīng)力，增大底角剪切強(qiáng)度。反底拱[7-8]具有較高而均勻一致作用于底板上的支護(hù)阻力，進(jìn)而抑制底板膨脹變形的發(fā)生，特別是在底板圍巖含有大量膨脹性礦物成分的巷道中。

2.2 巷道圍巖控制方案

1）臨時(shí)支護(hù)

巷道施工使用ZLJ-21 機(jī)載液壓前探梁進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)，如圖2。掘進(jìn)機(jī)完成截割、裝煤作業(yè)后，將截割頭放下，再按下列程序工作：先檢查臨時(shí)支護(hù)裝置各部位零部件、管路是否正常，再把兩個(gè)三通閥打到支護(hù)位置，打開掘進(jìn)機(jī)泵站開關(guān)，給臨時(shí)支護(hù)裝置供油。把金屬網(wǎng)放在頂梁架上，向前推動(dòng)臨時(shí)支護(hù)裝置主架和頂梁架液壓控制手柄，主架和頂梁架由折合狀態(tài)慢慢平穩(wěn)打開，開到所需要的角度和位置再升主架，升至巷道頂板，把金屬網(wǎng)壓緊到巷道頂板上，人員在臨時(shí)支護(hù)裝置下打眼、安裝錨桿（索）。臨時(shí)支護(hù)距迎頭距離不得大于0.3 m。

圖2 前探梁臨時(shí)支護(hù)示意圖（mm）

2）永久支護(hù)

采用錨網(wǎng)索+反底錨網(wǎng)（梯）索+噴漿支護(hù)，如圖3。

圖3 永久支護(hù)圖

全斷面采用Ф22 mm×2800 mm 高強(qiáng)錨桿，錨桿間排距700 mm×800 mm，其中頂、幫部錨桿配套450 mm×280 mm 鋼帶護(hù)板及150 mm×150 mm×10 mm 錨 桿 盤，反 底 拱 錨 桿 配 套200 mm×200 mm×10 mm 錨桿盤及鋼梯。底板金屬網(wǎng)采用Ф8 mm 圓鋼金屬網(wǎng)，頂、幫金屬網(wǎng)采用Ф6 mm 圓鋼焊制直連金屬網(wǎng)。底板初噴120 mm，復(fù)噴80 mm；非沿空側(cè)幫部噴漿至煤巖交界面以上500 mm，沿空側(cè)幫部噴漿至肩窩，噴厚80 mm，噴砼標(biāo)號(hào)為C20。

頂部每排布置三根錨索，錨索采用Ф17.8 mm×7000 mm 鋼 絞 線 錨 索，間 排 距1600 mm×1600 mm，配套錨索梁和異型托盤（250 mm×150 mm×10 mm），錨 索 梁 采 用295×4 Q345B 型熱軋鋼帶加工（孔距1600 mm），沿巷道方向施工。

幫部錨索在噴漿后施工，具體如下：實(shí)體煤幫部每排布置兩根Ф17.8 mm×5000 mm 鋼絞線錨索，間排距800 mm×1600 mm，配套錨索盤（400 mm×400 mm×12 mm），上部錨索距離煤巖交界面以上300 mm 處，確保施工的錨索一根在煤里一根在巖石里；沿空側(cè)幫部每排布置三根Ф17.8 mm×5000 mm 鋼絞線錨索，間排距700 mm×1600 mm，配套錨索梁和異型托盤（250 mm×150 mm×10 mm），錨索梁采用295×4 Q345B 型熱軋鋼帶加工（孔距700 mm，長(zhǎng)度為1700 mm），錨索梁垂直巷道方向施工。

底板每排布置四根Ф17.8 mm×5000 mm 鋼絞線錨索，配套錨索梁和異型托盤，錨索梁采用295×4 Q345B 型熱軋鋼帶加工（孔距1600 mm），沿巷道方向在復(fù)噴后施工，間排距為1200 mm×1600 mm。

施工反底拱封閉底板，避免水與圍巖接觸。加強(qiáng)頂板淋水治理，用雨篷、水槽、導(dǎo)水管等將水引入水窩并及時(shí)外排，避免淋水直接落地，影響巷道正常掘進(jìn)。

3 巷道圍巖變形監(jiān)測(cè)

為評(píng)價(jià)優(yōu)化支護(hù)方案后的實(shí)際效果，分別對(duì)13806 下順槽表面位移及頂板離層量進(jìn)行觀測(cè)，通過(guò)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析得到巷道圍巖變形規(guī)律如圖4。從圖4（a）中可以看出，兩幫的移近量小于頂?shù)装澹叩淖兓厔?shì)相同，40 d 中巷道變形量較大，40 d 后巷道變形量較小，變形速率低，巷道圍巖基本保持穩(wěn)定。從圖4（b）中可以看出，巷道頂板離層錨固區(qū)外最大值為41.2 m，錨固區(qū)內(nèi)最大值為31.7 mm，巷道的離層在前30 d 變形較大，在30 d后頂板離層逐漸于穩(wěn)定，說(shuō)明巷道的變形也漸漸趨于穩(wěn)定。可以說(shuō)明巷道變形最后趨于穩(wěn)定，支護(hù)效果較好。

圖4 巷道現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果

4 結(jié)論

1）本文針對(duì)榆樹井煤礦13806 下順槽主斷面掘進(jìn)期間頂板淋水影響支護(hù)效果的情況，對(duì)順槽控制難點(diǎn)進(jìn)行研究分析。

2）確定了頂板錨網(wǎng)索耦合支護(hù)、兩幫高強(qiáng)錨桿+不對(duì)稱錨索+噴漿支護(hù)、底板反底拱+錨網(wǎng)（梯）索+噴漿支護(hù)的圍巖控制策略，并確定順槽臨時(shí)支護(hù)及永久支護(hù)方案，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)顯示巷道表面圍巖及頂?shù)装咫x層量均在可控范圍。