李村煤礦西翼膠帶大巷大斷面巷道圍巖控制技術研究

屈陽

（山西潞安礦業集團慈林山煤業有限公司 李村煤礦，山西 長治 046600）

李村西翼膠帶大巷埋深大，巷道圍巖軟弱破碎，掘進擾動大，傳統錨桿支護理論[11]不適合此類條件下的巷道圍巖控制，需要分析大斷面巷道變形機理以及深部巷道錨桿、索加固機理[12]。此次根據李村煤礦西翼膠帶大巷實際工程地質條件，以錨桿支護圍巖強度強化理論為指導[13-15]，確定膠帶大巷的修復加固方案，以期優化圍巖控制參數，降低圍巖的變形量，達到深井大斷面巷道圍巖長期穩定的目的。

1 概 況

西翼膠帶大巷設計長度2 032.5 m，設計斷面為矩形，掘進斷面為23.58 m2，掘進寬度5 240 mm，掘進高度4 500 mm，支護采用錨網索梁噴聯合支護方式。西翼膠帶大巷為全煤巷施工，沿3 號煤層掘進，根據三維地震勘探資料、附近地質鉆孔資料以及礦井實際揭露地質資料，西翼膠帶大巷煤層傾角為3°～11°，煤層頂板最高點在巷道開口處，預計標高+361.25 m，最低點在里程1 817 m處，預計標高為+210.85 m，最高點和最低點高差約為151 m。

西翼膠帶大巷巷道偽頂為泥巖，黑色，含植物化石，厚0.7～1.1 m；直接頂為砂質泥巖，灰黑色，厚層狀，含植物化石，厚0～2.4 m；老頂主要為粉砂巖，灰黑色，厚層狀，厚6.9～7 m；直接底為砂質泥巖，灰黑色，厚層狀，厚1～1.4 m；老底為細粒砂巖～粉砂巖，灰黑色、灰色，中厚層狀，節理發育，層厚2.9～3.2 m。

結合礦井實際揭露地層情況，本巷道正常涌水以頂板砂巖裂隙水為主，預計涌水量為3～8 m3/h。該巷道位于井田東部區域，正常情況下不存在突水危險，但遇斷裂構造可能存在導水裂隙導通奧灰水，因此，在掘進期間應嚴格執行礦井相關防治水規定，做好超前鉆探工作。

2 巷道地質力學評估

根據錨桿支護技術規范的要求，巷道進行錨桿錨索支護設計前應對巷道圍巖進行地質力學評估，包括現場地質條件和生產條件調查、煤巷圍巖物理力學性質測定、圍巖結構觀測、地應力測量和錨桿拉拔力試驗，評估結果證明錨桿支護結果可行時，方可進行錨桿、錨索支護設計。

根據評估結果，李村煤礦西翼膠帶大巷圍巖穩定性分類結果為III 類中等穩定圍巖，采用錨桿錨索支護可行。根據煤炭系統1988 年頒布使用《我國緩傾斜、傾斜煤層回采巷道圍巖穩定性分類方案》，李村煤礦西翼膠帶大巷推薦采用的支護方式和支護參數主要分為兩種情況。

頂板較完整地段，采用錨桿+鋼筋梁或桁架，錨桿錨固采用端部錨固，桿體直徑16～18 mm，錨桿長度1.6～2.0 m，間排距0.8～1.0 m，設計錨固力64～80 kN。

頂板較破碎地段，采用錨桿+W 鋼帶（或鋼筋梁）+網，或增加錨索、桁架+網或增加錨索，錨桿錨固采用端部錨固，桿體直徑16～18 mm，錨桿長度1.8～2.2 m，間排距0.6～1.0 m，設計錨固力64～80 kN，采用全長錨固，桿體直徑18～22 mm，錨桿長度1.8～2.4 m，間排距0.6～1.0 m。

3 西翼膠帶大巷加固方案

3.1 淺孔注漿加固圍巖

針對西翼膠帶大巷在高應力的長期作用下圍巖松散、破碎的特點，經過對材料力學性能、加固效果、市場價格等對比的基礎上，選用山西中礦威特礦山技術開發有限公司生產的雙液速凝無機注漿加固材料。注漿材料的水灰比0.8∶1，AB 兩個材料的比例為1∶1。注漿管采用4 分鍍鋅管，管上開孔，孔間距約為300 mm 左右。

巷道頂板共布置3 個注漿孔，1 根布置在巷道頂板正中間，另外2 根分別距離巷道兩幫約500 mm，并向巷外傾斜約15°；巷道兩幫各布置3 個注漿孔，1 根布置在巷道高度的中間，另外2 個分別距離巷道頂板和底板約500 mm，并向頂板和底板傾斜約15°。注漿孔封孔采用具有單向閥的橡膠注漿封孔器，封孔方式簡單、快捷，封孔效果好，不會漏漿。

注漿采用長城注漿設備有限公司生產的2ZBQ40/11 型氣動注漿泵和QB200 型氣動攪拌桶。注漿壓力達到5 MPa 左右即可停止注漿，也可根據現場漏漿情況實時調整。

3.2 錨桿錨索補強支護方案

巷道頂部布置7 根錨桿，錨桿間排距800 mm×1 000 mm，配合7 眼雙鋼筋梯子梁；頂部布置3 根錨索，錨索間排距為1 600 mm×1 000 mm，錨索長度7 300 mm。巷道幫部兩幫各布置6 根錨桿，錨桿間排距800 mm×1 000 mm，上部3 根錨桿配合3 眼單鋼筋梯子梁，下部3 根錨桿打W 鋼護板；兩幫各布置2 根錨索，錨索間排距2 000 mm×2 000 mm，錨索長度5 300 mm；當巷道底腳錨桿距巷道底板間距大于400 mm 時，再打1 根錨桿，加設W 鋼護板。支護情況如圖1、圖2 所示。

圖1 西翼膠帶大巷斷面支護示意Fig.1 Section support schematic of west wing belt roadway

圖2 運輸大巷錨桿、錨索布置展開示意Fig.2 Arrangement of anchor bolt and anchor cable in transportation roadway

錨桿采用桿體為φ22 mm 左旋無縱筋螺紋鋼筋，鋼號為超高強熱處理錨桿MSGLW-500 號，長度2 400 mm，桿尾螺紋為M24，錨固劑為MSCKb2335、MSZ2360 樹脂錨固劑，每孔各1 支。錨固力不小于190 kN，預緊力矩為400 N·m，錨桿外露長度10～50 mm。錨桿托盤拱形高強度托盤配合球形墊和減阻尼龍墊圈，規格150 mm×150 mm×12 mm，托盤高度大于36 mm。頂板錨索采用φ22 mm，1×19 股高強度松弛預應力鋼絞線；錨索長度7 300 mm，每根錨索使用3 支MSZ2360 樹脂錨固劑，錨固力不小于300 kN，外露長度150～250 mm。幫部錨索采用φ22 mm，1×19 股高強度松弛預應力鋼絞線；錨索長度5 300 mm，每根錨索使用MSZ2360 三支樹脂錨固劑，錨固力不小于300 kN，外露長度150～250 mm。錨索托盤采用300 mm×300 mm×16 mm 高強度可調托盤及配套鎖具，托盤要求高度大于60 mm，承載能力大于550 kN。梯子梁頂部采用φ14 mm 雙鋼筋焊接，頂板托梁全長5 000 mm，寬度110 mm，7 眼，孔間距800 mm；幫部采用單鋼筋托梁，托梁全長1 800 mm，寬度80 mm，3 眼，孔間距800 mm。W鋼護板規格為280 mm×450 mm×5 mm。

4 工業性試驗

對西翼運輸大巷巷道圍巖變形進行監測，掌握西翼大巷圍巖變形規律，以便及時調整支護設計并驗證其合理性。

采用十字布點法安設表面位移監測斷面，在頂板中部垂直方向和兩幫（距底1 500 mm 高）水平方向鉆φ32 mm，深400 mm 的孔，將φ34 mm 長420 mm 的木樁打入孔中，頂板和左幫木樁端部安設彎形測釘，右幫木樁端部安設平頭測釘。兩表面位移監測斷面沿巷道軸向間隔0.6～1.0 m。剛布置安裝好的測站，3 d 觀測1 次，頂板穩定后5 d 觀測2 次。西翼膠帶大巷頂底板移近量如圖3 所示。西翼膠帶大巷兩幫移近量如圖4 所示。

圖3 西翼膠帶大巷頂底板移近量Fig.3 Roof and floor convergence amount of west wing belt roadway

圖4 西翼膠帶大巷兩幫移近量Fig.4 Two-sided displacement convergence amount of west wing belt roadway

通過分析西翼膠帶大巷頂底板及兩幫移近量，頂底板移近量以及兩幫移近量在巷道掘進初期增速較快，變化幅度也較大。隨著觀測時間的增加，頂底板移近量以及兩幫移近量逐漸趨于穩定。測站一頂底板位移在24 d 左右趨于穩定，形變量為330 mm，測站二頂底板位移在36 d 左右趨于穩定，形變量為260 mm。測站一、二兩幫變形均在33 d 左右趨于穩定，測站一兩幫形變量為360 mm，測站二形變量為330 mm，且巷道兩幫變形量大于頂底板變形量。

通過優化支護和加固方案，西翼膠帶大巷的大變形得到了有效控制，驗證了支護方案的可行性。

5 結論

（1）基于李村煤礦西翼膠帶大巷大斷面巷道圍巖變形較大、反復維修仍難以控制的現狀，通過對巷道圍巖進行地質力學評估，獲得了西翼膠帶大巷圍巖穩定性分類結果為III 類中等穩定圍巖。

（2）煤巷錨桿支護設計采用動態設計方法，在地質力學評估的基礎上按初始設計—井下監測—信息反饋—正式設計的順序進行。根據圍巖地質力學評估結果，提出了一套具有針對性的巷道圍巖控制方案，即先進行淺孔定向注漿加固圍巖，然后優化錨桿錨索控制方案。

（3）工業性試驗結果表明，提出的圍巖控制技術，有效解決了李村煤礦西翼膠帶大巷大斷面巷道圍巖大變形的問題，為該礦類似地質條件大斷面巷道圍巖控制提供了借鑒。