王坡煤礦破碎煤巖體巷道支護與加固技術(shù)研究

龐志軍 張澤飛 張建國

（1.河南理工大學(xué)，河南省焦作市，454003；（2.晉城市城區(qū)人民政府，山西省晉城市，048000；（3.山西天地王坡煤業(yè)有限公司，山西省晉城市，048021）

1 工程概況

王坡煤礦3＃煤層地質(zhì)構(gòu)造和水文地質(zhì)條件簡單，埋藏深度中等。煤層平均厚度5.97 m，平均傾角6°，全區(qū)穩(wěn)定可采。3＃煤層巖性特征如表1所示。

王坡煤礦二采區(qū)變電所、水泵房等永久硐室，分別布置在集中軌道巷與集中回風(fēng)巷、集中帶式輸送機巷之間，局部巷道布置密度高、距離近，形成了近距離高密度巷道群，巷道圍巖穩(wěn)定性差，鄰近區(qū)域采掘影響造成圍巖失穩(wěn)甚至變形破壞。前期，受新掘巷道開挖影響，掘進動壓導(dǎo)致巷道群圍巖失穩(wěn)、變形增大。由于4 條集中大巷、二采區(qū)變電所、水倉等巷道或硐室服務(wù)于礦井3＃煤層的開采全過程，服務(wù)期為20a以上，為確保該區(qū)域巷道硐室等巷道群安全，必須對相關(guān)井巷進行加固處理。本次研究主要對集中帶式輸送機巷新掘巷道進行模擬和試驗，從而改進支護設(shè)計方案。

表1 3＃煤層巖性特征

2 支護技術(shù)分析

2.1 破碎煤巖體巷道變形特征

經(jīng)過對王坡煤礦現(xiàn)有破碎煤巖巷道現(xiàn)場數(shù)據(jù)觀測分析，結(jié)合煤巖物理力學(xué)性質(zhì)研究，發(fā)現(xiàn)其主要變形特征為：

（1）兩幫內(nèi)擠。巷道兩幫移近量大，煤幫向巷道內(nèi)鼓出，出現(xiàn)縱向張裂及巷幫整體移近現(xiàn)象。

（2）頂板彎曲下沉、斷裂。頂板在高水平應(yīng)力作用下，發(fā)生彎曲、離層、斷裂，穩(wěn)定性明顯降低，如不采取有效措施，極易發(fā)生冒頂事故。

（3）巷道底臌。王坡煤礦破碎煤層巷道底臌現(xiàn)象普遍存在。大量實測數(shù)據(jù)表明，巷道頂?shù)装宓囊平看蠹s有60%以上是由底臌引起的。

（4）巷道整體變形。巷道四周壓力均較大，宏觀表現(xiàn)為巷道整體收縮，斷面收縮率很大，導(dǎo)致巷道無法滿足通風(fēng)、運輸、行人的要求。

2.2 影響錨桿支護效果的關(guān)鍵因素分析

（1）由于錨桿安裝時施加的預(yù)應(yīng)力比較小，錨桿仍屬于被動支護，不能控制圍巖結(jié)構(gòu)面早期的離層、滑動和裂隙張開，導(dǎo)致圍巖強度和整體性明顯降低，出現(xiàn)較大變形。

（2）錨桿、錨桿構(gòu)件 （托梁、托盤）強度偏低。

（3）護表構(gòu)件 （鋼帶、金屬網(wǎng)等）的力學(xué)性能與錨桿強度匹配性比較差，導(dǎo)致錨桿、錨索之間的圍巖鼓出、變形比較大。

2.3 支護方案改進

集中帶式輸送機巷位于集中軌道巷和南部回風(fēng)巷中間，沿3＃煤層頂板掘進，巷道斷面為矩形，斷面尺寸為4500mm×3400mm （寬×高）。通過對集中帶式輸送機巷新掘巷道采用有限差分?jǐn)?shù)值模擬與井下試驗，進行多方案比較，從控制巷道圍巖變形和節(jié)省材料成本綜合考慮，確定采用高預(yù)應(yīng)力強力錨桿錨索支護系統(tǒng)。在巷道頂幫破碎嚴(yán)重地段采用注漿+錨索聯(lián)合支護補強，高壓注漿 （水泥基無機注漿材料）配合強力錨索支護的綜合加固。

2.4 支護技術(shù)參數(shù)

錨桿采用BHRB500型?22mm×2400mm 左旋無縱筋螺紋鋼強力錨桿，配套10級螺母和球形墊圈，采用樹脂錨固劑錨固，配合厚4 mm W 型鋼帶和10＃鐵絲編織而成的菱形金屬網(wǎng)進行護頂、護幫，頂、幫錨桿間排距950mm×1000mm，每兩排錨桿間布置兩根?22mm×5300mm 高強度低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線錨索，錨索間排距1800 mm×2000mm，配套最大承載能力為590kN 拱形高強度托盤、調(diào)心球墊及鎖具，托盤尺寸300 mm×300mm×16mm。

2.5 注漿技術(shù)參數(shù)

注漿材料采用525＃普通硅酸鹽水泥加水玻璃漿，漿液水灰比為0.7∶1～1∶1，水泥漿和水玻璃的體積比為1∶0.4～1∶1。注漿淺孔和深孔長度分別為3000mm 和5000mm，注漿壓力分別不超過2 MPa和5 MPa。

3 支護效果及分析

在高預(yù)應(yīng)力強力錨桿錨索支護后的集中帶式輸送機巷道內(nèi)布置多個測點進行定期監(jiān)測。礦壓監(jiān)測結(jié)果表明，巷道圍巖應(yīng)力集中區(qū)域主要分布于巷道頂?shù)装?，巷道頂?shù)装遄畲蟠怪蔽灰茷?8 mm，巷道兩幫最大水平位移為52 mm。能夠滿足煤礦安全生產(chǎn)需要，達到了預(yù)期的目的。

4 結(jié)論

（1）王坡煤礦破碎煤巖體巷道 采用高預(yù)應(yīng)力強力錨桿支護系統(tǒng)后，井下試驗表明支護系統(tǒng)方案合理，能夠有效控制破碎煤巖體巷道變形。

（2）錨桿、錨索的組合構(gòu)件可均衡錨桿 （索）受力，提高錨桿 （索）支護的整體作用，是高強度錨桿支護系統(tǒng)不可缺少的部件。

（3）注漿加固技術(shù)能夠有效膠結(jié)破碎的圍巖體，提高圍巖的完整性和可錨性，大大增強了錨桿錨索的作用力，改善了巷道圍巖受力，控制了巷道變形。

［1］ 康紅普，王金華等.煤巷錨桿支護理論與成套技術(shù)［M］.北京：煤炭工業(yè)出版社，2007

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