回采巷道全錨索組合支護過地質(zhì)構(gòu)造帶技術(shù)實踐

邢曉棟

（山西高平科興云泉煤業(yè)有限公司，山西 高平 048400）

煤炭開采期間，若遇到地質(zhì)構(gòu)造帶時未合理地對巷道進(jìn)行加固支護并做好安全防護措施，勢必會引起重大安全事故，對人身安全和國民經(jīng)濟都會造成嚴(yán)重?fù)p害[1]。回采和挖掘煤礦期間，需要經(jīng)過復(fù)雜的小巷道完成煤炭運輸，因而巷道安全至關(guān)重要，在一定程度上影響著施工效率[2]。為避免煤礦開采引發(fā)安全事故而引發(fā)人員傷亡和經(jīng)濟損失，需強化安全生產(chǎn)防護工作力度[3]，進(jìn)一步加強巷道保護，自始至終秉承預(yù)防安全隱患、提高安全作業(yè)能力的核心理念[4]。山西高平科興云泉煤業(yè)有限公司1502綜采工作面頂?shù)装寰鶠閺姸葮O底的軟巖，受秋溝背斜張拉及采動影響，巷道頂板較為破碎，離層量較大，基底軟巖受水作用后[5]，強度和穩(wěn)定性發(fā)生變化，嚴(yán)重影響端頭支架拉移工作。因此，對1502 綜采工作面提出了過地質(zhì)構(gòu)造帶技術(shù)方案，運輸順槽頂板和底板進(jìn)行加強支護，使其形成一個穩(wěn)定的整體[6]，提高圍巖的自承能力，確保工作面順利通過地質(zhì)構(gòu)造[7]。

1 工程概況

山西高平科興云泉煤業(yè)有限公司正在開采15號煤層，煤層傾角為2°～7°，厚度為2.03～4.96 m，平均3.42 m，煤層厚度變化規(guī)律性明顯[8]，結(jié)構(gòu)簡單，局部夾矸厚約0.25 m。1502 綜采工作面煤層厚度沿走向由開口6.8 m 向里至約250 m（秋溝向斜軸部）逐漸變厚為3.5 m（運順側(cè)），由250 m（秋溝向斜軸部）向里至約900 m（秋溝背斜軸部）逐漸變薄為2.03 m，由900 m（秋溝向斜軸部）向里至約1690 m 逐漸變厚為4.96 m（回順側(cè)）。根據(jù)煤厚等值線圖及附近鉆孔資料預(yù)測工作面煤層中間薄兩側(cè)厚，背斜影響區(qū)域1206～720 m，軸部為NW～SE 向，據(jù)實際揭露背斜軸部位于巷道開口向里約920 m 處，開闊對稱，幅度約35 m，背斜傾角北東翼約3°～9°，傾伏約170 m，西南翼約2°～8°，傾伏約150 m。背斜構(gòu)造受到張拉作用，煤層厚度由翼部向軸部逐漸變薄，軸部最薄約2.1 m。1502 綜采工作面運輸順槽凈寬5.6 m，凈高3.7 m，巷道斷面為20.72 m2。在回采過程中，頂板破碎出現(xiàn)離層、底板底鼓量明顯增大[9]，由于原支護參數(shù)不合理，導(dǎo)致回采過程中圍巖應(yīng)力較集中[10]，頂?shù)装鍑鷰r最大移近量和兩幫圍巖最大移近量增加明顯，巷道圍巖變形問題亟待解決[11]。

2 巷道變形破壞分析

根據(jù)1502 綜采工作面工程條件建立數(shù)值模擬模型，模擬1502 綜采工作面運輸順槽在回采階段的圍巖塑性區(qū)分布情況。圖1 為巷道塑性區(qū)分布圖。由圖1 可以看出，回采影響階段巷道破壞形式主要以剪切破壞和剪切破壞-拉伸破壞為主[12]，塑性區(qū)范圍接近3 倍的巷道半徑。其中，0～0.5 m 主要以剪切-拉伸破壞為主，0.5～4 m 處主要以剪切破壞為主，底板塑性區(qū)范圍較大，底板最大塑性破壞深度為4 m。

圖1 巷道塑性區(qū)分布圖

利用FLAC3D模擬巷道在工作面回采階段的底板變形規(guī)律[13]，圖2 為底板底鼓位移變化圖。由圖2 可知，巷道底板最大位移量在巷道中部，回采影響階段巷道最大底鼓量為85.6 mm。

圖2 底板底鼓位移變化圖

根據(jù)現(xiàn)場觀測1502 綜采工作面運輸順槽頂板離層儀數(shù)據(jù)，運輸順槽在工作面過秋溝背斜期間頂板離層量較大，深部離層量最大值為180 mm，淺層離層量最大值為30 mm，綜合離層量最大值為210 mm。

3 過地質(zhì)構(gòu)造帶原支護問題及圍巖控制方案

3.1 原支護存在的問題

1502 運輸順槽原支護采用錨桿+錨索支護，未采用底板加固方案，頂板未配備W 型鋼帶，導(dǎo)致頂板圍巖不穩(wěn)定性增大。

現(xiàn)場觀測發(fā)現(xiàn)，由于工作面巷道破碎段較多，原支護設(shè)計頂板和兩幫錨桿排距為1000 mm，排距過大導(dǎo)致現(xiàn)場支護效果不佳。

3.2 圍巖控制方案

在分析原支護不足基礎(chǔ)上，提出了超前支護+長短全錨索+底板加固支護圍巖控制方案。圖3 為運輸順槽長短全錨索支護示意圖。具體的支護參數(shù)如下：

圖3 運輸順槽長短全錨索支護示意圖（mm）

1）超前支護。運順超前從工作面煤壁向外50 m 采用單體液壓支柱走向配合鉸接頂梁支護，橫向人行側(cè)使用道木，皮帶側(cè)使用工字鋼梁進(jìn)行支護[14]。單體液壓支柱采用DW-31.5-200/100，鉸接頂梁采用DJB1200-300，每排布置3 根單體液壓支柱，第一根距左側(cè)煤壁1.0 m，第二根距右側(cè)煤壁1.7 m，第三根距右側(cè)煤壁0.5 m，移設(shè)步距1.2 m。

2）頂板及兩幫支護。巷道頂板短錨索采用規(guī)格為Φ15.24 mm×3500 mm 鋼絞線錨索，每排布置8 根，配合“W”型鋼帶進(jìn)行補強支護，間排距為700 mm×800 mm；采用規(guī)格300 mm×3000 mm×14 mm 拱形錨索托盤，每根使用一節(jié)K2335樹脂錨固劑[15]和2 節(jié)K2360 樹脂錨固劑。單根錨索預(yù)應(yīng)力不小于120 kN。頂板長錨索采用規(guī)格為Φ21.8 mm×7100 mm 鋼絞線錨索，按“5-5”矩形布置，間排距布置為1300 mm×800 mm，設(shè)計錨索預(yù)緊力250 kN。巷道幫部采用短錨索配合異形鋼帶網(wǎng)支護，幫部第1、3、5 根錨索規(guī)格為Φ21.8 mm×3500 mm 鋼絞線錨索，配套使用300 mm×300 mm×16 mm 碟形托盤[16]，幫部第2、4 根錨索為規(guī)格Φ15.24 mm×3500 mm 鋼絞線錨索，配套使用180 mm×180 mm×12 mm 碟形托盤，間排距800 mm×800 mm，兩幫每側(cè)每排布置5 根，設(shè)計單根錨索預(yù)應(yīng)力不小于120 kN。兩幫網(wǎng)片采用12#鐵絲編制而成的菱形網(wǎng)，網(wǎng)規(guī)格為3000 mm×1400 mm，網(wǎng)格50 mm×50 mm，網(wǎng)片間搭接100 mm，每隔200 mm 聯(lián)網(wǎng)2 道，每隔100 m 鋪2排絕緣網(wǎng)[17]。

3）底板加固。對底板軟巖進(jìn)行起底，使巷道高度達(dá)到設(shè)計高度要求，再采用“砂巖+圓木+錨桿+鋼帶+混凝土”硬化底板，橫向增設(shè)一排原木，規(guī)格為3 m×0.3 m×0.3 m，再使用錨桿配合“M”型鋼帶沿著巷道走向在圓木兩端進(jìn)行固定，每根錨桿使用一根K2360 錨固劑、一根K2335 錨固劑。然后使用強度為C20 混凝土進(jìn)行加固、硬化，厚度200 mm。底板加固可以有效減緩巷道底鼓量，解決底板軟化問題。

4 支護效果分析

1）為檢驗1502 綜采工作面過地質(zhì)構(gòu)造帶時運輸順槽采用圍巖控制方案后的支護效果，選取有代表性圍巖，在運輸順槽中布置3 個測點來分別觀測巷道圍巖頂?shù)装搴蛢蓭鸵平浚^測周期為50 d，監(jiān)測頻率為2 d/次。圖4 為圍巖變形監(jiān)測圖。

圖4 圍巖變形監(jiān)測圖

由圖4（a）可知，測點1、測點2 和測點3 監(jiān)測的頂?shù)装逡平孔兓?guī)律大致相同。3 測點都是在監(jiān)測前10 d 變形量變化較大，在觀測22 d 后3測點頂?shù)装逡平块_始趨于穩(wěn)定，測點1、測點2和測點3 頂?shù)装逡平糠謩e穩(wěn)定在34 mm、32 mm和29 mm。由圖4（b）可知，測點1、測點2 和測點3 監(jiān)測的兩幫移近量變化規(guī)律大致相同，3 測點都是在監(jiān)測前15 d 變形量變化較大，在觀測20 d 后3 測點兩幫移近量開始趨于穩(wěn)定，測點1、測點2 和測點3 頂?shù)装逡平糠謩e穩(wěn)定在22 mm、24 mm 和21 mm。

2）在1502 綜采工作面運輸順槽使用礦用電子窺視儀對巷道左幫和右?guī)瓦M(jìn)行窺視，觀測采用加固支護圍巖控制方案后巷道兩幫裂隙發(fā)育情況。觀測數(shù)據(jù)顯示：鉆孔深入巷道左幫3 m 處可見煤層較穩(wěn)定，無裂隙發(fā)育；鉆孔深入巷道右?guī)?.5 m 處可見煤層較穩(wěn)定，無裂隙發(fā)育。說明兩幫短錨索和幫部煤巖可以構(gòu)成完整的錨固體，錨固效果好。

綜上監(jiān)測結(jié)果表明，1502 綜采工作面過地質(zhì)構(gòu)造帶時運輸順槽采用支護方案后，巷道圍巖頂?shù)装搴蛢蓭妥冃瘟棵黠@得到有效控制，變形量穩(wěn)定在可控范圍內(nèi)，支護效果較好。

5 結(jié)論

1）數(shù)值模擬分析了1502 綜采工作面過地質(zhì)構(gòu)造帶巷道圍巖塑性分布區(qū)分布狀態(tài)和變形趨勢，巷道底板最大底鼓量為85.6 mm，最大塑性破壞深度為4 m。

2）提出了超前支護+長短全錨索+底板加固支護圍巖控制方案，對巷道頂板和底板進(jìn)行加強支護，提高了巷道圍巖整體的穩(wěn)定性，可以有效防止頂板離層和底鼓量。

3）3 個測點的頂?shù)装搴蛢蓭鸵平科骄謩e穩(wěn)定在31 mm 和22 mm，鉆孔窺視儀顯示兩幫無裂隙，表明該圍巖控制方案能夠有效控制圍板變形量，支護效果良好。