回風(fēng)順槽巷道變形的機理分析及其治理

高平

（神華神東煤炭集團公司 布爾臺煤礦，內(nèi)蒙古 伊金霍洛旗 017200）

回風(fēng)順槽巷道變形的機理分析及其治理

高平

（神華神東煤炭集團公司 布爾臺煤礦，內(nèi)蒙古 伊金霍洛旗 017200）

布爾臺煤礦42103回風(fēng)順槽受多次動壓及上覆煤柱等因素影響，變形嚴(yán)重。文章闡述了42103回順變形機理，并用FLAC程序?qū)ο锏雷冃芜M行模擬，采用錨索綜合錨網(wǎng)注漿加固技術(shù)進行巷道治理，效果明顯、有效控制了巷道變形，為42103工作面順利開采提供了保證，也為類似變形巷道治理提供參考。

巷道變形；注漿加固；強力錨索

1 布爾臺煤礦的巷道概況

隨著煤層開采深度增加、開采范圍擴大，神東礦區(qū)布爾臺煤礦的巷道地質(zhì)條件發(fā)生了較大變化，出現(xiàn)了松軟破碎圍巖巷道、二次強烈動壓影響巷道等復(fù)雜條件。布爾臺煤礦42103回風(fēng)順槽受到22煤層42102工作面多次動壓及上覆煤柱綜合影響、巷道變形嚴(yán)重，兩幫收斂嚴(yán)重處1.5 m～2.0 m，底臌0.3 m～0.9 m，造成通風(fēng)、輔助運輸受到嚴(yán)重影響，為下一步開采帶來很大困難。為保證42103工作面的順利開采，急需研究巷道變形機理、并對巷道進行治理，也為布爾臺其他類似變形巷道治理提供依據(jù)。

2 42103回風(fēng)順槽的地質(zhì)條件

42103 回風(fēng)順槽上覆基巖厚度296.8 m～338.6 m，從4650m至3535m對應(yīng)上覆22煤為22103工作面采空區(qū)，從3535 m至回撤通道對應(yīng)上覆22煤為實體煤柱。42103回風(fēng)順槽與22煤層間距為33 m～73 m，總體切眼區(qū)域?qū)娱g距較厚，往回撤通道方向?qū)娱g距逐漸變薄。

42煤在42102-2切眼區(qū)域2200 m處分叉，42102-2工作面沿分叉區(qū)上分層回采，采高4.5 m，分叉區(qū)域夾矸厚度0.3 m左右，往回撤通道方向上下層之間的層間距逐漸變厚，至回撤通道區(qū)域上下層之間的巖石厚度25 m左右；巷道變形嚴(yán)重段1500 m～2200m與22煤層間距46m～57m，底板巖性為砂質(zhì)泥巖、粉砂巖、細(xì)粒砂巖至中粒砂巖，巖石普氏系數(shù)3.06～7.09，抗壓強度30.0 MPa～69.5 MPa，屬軟半堅硬-堅硬巖石類型；與42煤下分層間距0.8 m～15 m，在上分層煤層底板有一層0.8 m～18 m的砂質(zhì)泥巖，巖石普氏系數(shù)1.88～5.30，抗壓強度為18.4 MPa～52MPa，屬軟弱-半堅硬巖石類型。

3 42103回風(fēng)順槽的變形機理分析

根據(jù)巷道地質(zhì)和生產(chǎn)條件，布爾臺煤礦巷道出現(xiàn)變形的主要因素如下：

（1）強烈動壓：巷道受到22102、22103、42102-2回采工作面采動影響，特別是42102-2回采工作面后方滯后支承壓力的影響，是布爾臺巷道強烈變形的最主要因素。布爾臺煤礦回采工作面采高大、長度長、工作面間20m煤柱小，更加劇了采動影響。

（2）底板巖性：當(dāng)?shù)装逦挥谲浫跎百|(zhì)泥巖、泥巖時，由于巖體強度低、裂隙發(fā)育，其自身穩(wěn)定性和承載能力較差，受地應(yīng)力及采動應(yīng)力作用極易底臌，造成底板失穩(wěn)破壞。42103回順巷道變形嚴(yán)重段分岔區(qū)域底板巖層普遍為砂質(zhì)泥巖、泥巖，底板巖體強度低、遇水軟化，底板下部為下分層42下煤，煤層單向抗壓強度值為5MPa～20MPa，發(fā)生底臌有了條件。

（3）地應(yīng)力：大量實測數(shù)據(jù)表明，地層淺部的水平應(yīng)力明顯大于垂直應(yīng)力。水平應(yīng)力對巷道頂板、底板變形破壞影響明顯。42103回順巷道在軟巖和厚煤層中，底板巖層在水平應(yīng)力作用下（與形成褶曲構(gòu)造相類似），向巷道空間臌起；底板巖層變形的時間效應(yīng)突出，底板巖層會出現(xiàn)明顯的蠕變變形。

（4）支護形式及參數(shù)：對圍巖變形影響很大。根據(jù)巷道地質(zhì)與生產(chǎn)條件，選擇合理的巷道支護形式及參數(shù)，可有效控制圍巖變形破壞，確保巷道安全。

4 42103回風(fēng)順槽的變形模擬

建模過程中嚴(yán)格按照布爾臺礦實際地質(zhì)狀況，建立模型。三維模型的邊界條件取為：四周采用鉸支，底部采用固支，上部為自由邊界。計算中，綜合模擬42103回風(fēng)順槽受22102工作面回采、22103工作面回采、42102工作面回采、42103工作面采動影響，模擬42103回風(fēng)順槽巷道圍巖的應(yīng)力、位移分布情況。

原支護方案下，巷道圍巖產(chǎn)生很大變形，且呈現(xiàn)顯著的非對稱性，錨桿與錨索發(fā)生明顯的彎折變形。42102工作面前方5 m處巷道頂板下沉88 mm，底臌量累計達到720 mm，新增加底臌量388 mm；正幫累計最大變形量達到755 mm，正幫新增變形量230 mm；負(fù)幫累計最大變形量達到637 mm，負(fù)幫新增變形量322mm。

治理方案包括：幫臌處擴幫、圍巖噴漿、注單液水泥漿、支護、注化學(xué)漿等。施工順序為：圍巖噴漿→兩幫高壓水泥注漿→兩幫錨索支護→錨索孔補充注化學(xué)漿→頂板打強力錨索→頂板注化學(xué)漿。

6 施工前后的效果對比

采用數(shù)字全景鉆孔窺視儀，對注漿加固前后效果進行檢測。圖1是副幫窺視結(jié)果，圖2是正幫窺視結(jié)果。由圖可見，水泥漿已經(jīng)充填到細(xì)小的裂縫，將破碎煤體粘結(jié)起來，注漿效果良好。施工結(jié)束后，安裝頂板離層儀及錨索應(yīng)力計，對巷道表面位移進行觀測，巷道無變形。

圖1 副幫加固前后效果鉆孔窺視圖

5 42103回風(fēng)順槽的治理方案

根據(jù)布爾臺煤礦巷道圍巖地質(zhì)與生產(chǎn)條件及目前采用的巷道支護方式，采用高強度錨桿、網(wǎng)片，高預(yù)應(yīng)力、強力錨索，必要時配合注漿加固，是較合適的巷道變形治理方法。

5.1 復(fù)合區(qū)變形段治理方案

副幫、正幫、頂板采用高強度錨桿、網(wǎng)片，強力錨索聯(lián)合支護：（1）副幫幫臌處需先放網(wǎng)包，重新補掛網(wǎng)，再使用“錨索+Ω鋼帶”聯(lián)合支護。（2）正幫幫臌處需先放網(wǎng)包，重新補掛網(wǎng)，再使用“錨索+皮帶”聯(lián)合支護。（3）頂板補強支護采用“錨索+Ω鋼帶”聯(lián)合支護。

5.2 分岔區(qū)變形嚴(yán)重段治理方案

圖2 正幫加固前效果鉆孔窺視圖

7 結(jié)束語

通過施工結(jié)果證明，布爾臺動壓變形巷道采用注水泥漿液配套強力錨索支護工藝有效地治理了巷道的繼續(xù)變形，為42103工作面開采提供了可靠保證，并為類似變形巷道治理提供參考。

Air Return Gateway Mechanism Analysis and Control of Roadway Deformation

GAO Ping
(Buertai Mine,Shenghua Shengdong Group,Ejin Horo Banner,Inner Mongolia 017200)

The severe deformation of the No.42103 return air gateway in Buertai mine is caused by multiple dynamic pressure and overlying pillars.The paper presented deformation mechanism and simulated the deformation with FLAC.Anchor-mesh grouting reinforcement was effective in deformation control.The technology could ensure the smooth production and provide the reference for the control of similar deformation.

roadway deformation;grouting reinforcement;powerful anchor

TD322

A

1672-5050（2012）11-0068-02

2012-06-19

高 平（1980—），男，內(nèi)蒙古鄂爾多斯人，大學(xué)本科，助理工程師，從事煤炭開采工作。

徐樹文