巷道掘進過陷落柱技術研究

蘇 朋

（山西焦煤汾西礦業(yè)宜興煤業(yè)，山西 孝義 033000）

0 引言

巷道在地質構造影響范圍內掘進時，受到圍巖破碎、承載能力差等影響，圍巖支護難度較高[1-2]。特別是巷道掘進揭露陷落柱時，陷落柱發(fā)育區(qū)內煤巖體呈現裂隙發(fā)育、破碎、易風化以及強度低等特點，在掘進擾動作用下容易出現冒頂或者圍巖變形量大等問題，給巷道安全高效掘進帶來影響[3-4]。巷道掘進過陷落柱時主要面臨難題[5-6]為陷落柱影響區(qū)內圍巖破碎，特別是在掘進擾動影響下陷落柱影響區(qū)塑性破壞范圍會持續(xù)增加；陷落柱影響范圍內往往面臨構造應力集中問題；巷道過陷落柱期間面臨頂板冒落、圍巖變形失穩(wěn)以及片幫等各種問題。為此，眾多的學者及工程技術人員對巷道掘進過陷落柱圍巖控制技術展開大量研究，并從圍巖支護、掘進等方面提出巷道掘進過陷落柱技術措施，現場應用均取得較好效果[7-9]。文中就在前人研究成果的基礎上，以山西某礦3501 回風巷掘進過陷落柱為工程背景，依據現場條件提出采用超前注漿加固陷落柱內破碎不穩(wěn)定煤巖體，后通過錨網索梁+噴漿+單點錨索方式支護圍巖，實現了陷落柱影響區(qū)不穩(wěn)定煤巖體的有效控制，應用成果良好。

1 工程概況

山西某礦3501 回風巷西為東側及西側均為礦井邊界煤柱、南側為盤區(qū)復運巷、北側為盤區(qū)實體煤，具體巷道布置位置如圖1 所示。3501 回風巷沿3 號煤層底板掘進，傾角為0～9°、煤厚度為5.48 m，頂底板以泥巖、粉砂巖及細砂巖為主，具體如圖2 所示。3501回風巷為矩形斷面，凈寬為5.8 m、凈高度為4.0 m，錨網索支護圍巖。根據已有物探資料顯示，在3501 回風巷掘進期間會揭露有陷落柱，該陷落柱形態(tài)呈倒鍥狀，長軸為55 m、短軸為36 m，充填物為中粒砂巖、泥巖等，陷落柱內無積水且附近無含水層。

圖1 3501 回風巷與陷落柱位置示意圖

圖2 5 號煤巖性參數

2 巷道過陷落柱圍巖控制技術

2.1 超前注漿加固

維護陷落柱內及影響范圍內破碎煤炭體穩(wěn)定性，是實現巷道安全高效掘進過陷落柱的基礎，為此提出綜合使用淺孔+深孔注漿技術加固陷落柱。通過陷落柱注漿可將陷落柱內及影響范圍內破碎、不穩(wěn)定煤巖體膠結為整體，人工提升陷落柱影響范圍內煤巖體強度及穩(wěn)定性；通過深孔注漿可對巷道圍巖周邊10～20 m范圍內破碎巖體進行加固，通過注漿漿液形成的網絡骨架連接巷道淺部、深部圍巖，提升破碎圍巖強度。

3501 回風巷掘進揭露的陷落柱無滲水、涌水以及嚴重漏漿問題，根據現場情況注漿漿液選用聯邦1 號，該注漿材料為雙液材料，注漿漿液配比為0.8∶1。采用高壓注漿方式增加漿液在陷落柱影響范圍內擴展范圍及注入量，淺孔、深孔注漿壓力分別控制在8～10 MPa、10～15 MPa。在3501 回風巷掘進迎頭布置5 排注漿鉆孔，鉆孔孔徑為42 mm、編號為1～17 號，鉆孔布置如圖3 所示。淺孔、深孔注漿孔孔深分別控制在10 m、20 m，終孔位置與巷道掘進外輪廓線間距分別為3 m、6 m。

圖3 注漿鉆孔布置剖面圖（單位：mm）

2.2 巷道圍巖支護技術

3501 回風巷掘進至陷落柱時，雖然通過超前注漿可避免掘進時出現冒頂或者片幫問題，但圍巖強度低，因此用錨網索梁+噴漿+單點錨索方式。

巷道頂板支護用高強預應力錨桿、錨索，錨桿規(guī)格為Φ22 mm×2500 mm，采用1 支Z2388、1 支CK2340 錨固劑錨固，錨固力在210 kN 以上，間排距900 mm、900 mm；錨索為Φ17.8 mm×9300 mm 高強鋼絞線，用2 支Z2388、1 支CK2340 錨固劑錨固，間排距2100 mm、2400 mm。支護用的槽鋼規(guī)格為14 號、長度為4200 mm，槽鋼采用3 根錨索懸吊，槽鋼錨索與單點錨索呈交叉布置，排距均為2400 mm。

巷幫用Φ22 mm×2500 mm 錨桿支護，一側布置5 根，間排距均為900 mm、900 mm。巷道頂板及巷幫均全斷面鋪設由Φ6 mm 金屬絲編制的金屬網護表。巷道表面噴漿采用初噴+復噴組合方式，噴漿總厚度控制在120 mm，初噴在巷道開挖后進行，厚度在50～60 mm、復噴在錨網索支護體系施工完成后且與掘進迎頭距離控制在20 m 以內。噴漿用漿液材質為水、水泥及沙子，噴漿時應由上至下進行，噴頭與巷道壁間距800～1000 mm。具體圍巖支護斷面圖如圖4所示。

圖4 圍巖永久支護斷面圖（單位：mm）

2.3 圍巖支護效果分析

3501 回風巷在過陷落柱期間，采用超前注漿、錨網索梁+噴漿+單點錨索支護方式后，監(jiān)測圍巖變形，結果如圖5 所示。從圖5 看出，3501 回風巷在過陷落柱期間采用的圍巖支護體系可實現陷落柱破碎帶內破碎煤巖體有效控制，支護60 d 內圍巖變形即趨于穩(wěn)定，其中頂底板、兩幫移近量分別為138 mm、152 mm；同時巷道在陷落柱影響范圍內掘進時未出現冒頂、片幫等問題。

圖5 圍巖變形監(jiān)測曲線

3 結論

1）3501 回風巷掘進期間遇陷落柱，巷道過陷落柱期間面臨圍巖破碎、承載能力差等問題，容易出現冒頂、片幫以及圍巖大變形等情況，給巷道掘進安全以及掘進效率帶來較大制約。結合3501 回風巷、陷落柱現場情況，提出巷道掘進過陷落柱圍巖支護技術，即超前注漿、錨網索梁+噴漿+單點錨索支護。

2）在巷道掘進過陷落柱影響范圍內即在掘進迎頭布置注漿鉆孔，通過注漿鉆孔可實現巷道頂板及巷幫掘進外輪廓線外6 m 范圍內加固，避免掘進時出現冒頂、片幫等問題，為掘進創(chuàng)造良好條件；在過陷落柱期間使用錨網索梁+噴漿+單點錨索圍巖支護體系，通過高強支護實現圍巖有效控制?，F場應用后，巷道掘進過陷落柱期間未出現冒頂或者片幫征兆，頂板及兩幫變形量分別控制在138 mm、152 mm 以內，3501回風巷得以安全高效掘進陷落柱。