城郊煤礦巖巷預(yù)留變形量讓壓工程應(yīng)用研究

摘 要：我國(guó)是發(fā)展中國(guó)家，正處于國(guó)民經(jīng)濟(jì)高速持續(xù)發(fā)展時(shí)期，依靠國(guó)外的能源保障和礦產(chǎn)資源的持續(xù)供應(yīng)是不可想象的，且淺部資源的開發(fā)已接近尾聲。因此，深部資源的開發(fā)和利用不僅是必然的世界性的發(fā)展趨勢(shì)，而且將成為21世紀(jì)我國(guó)最經(jīng)濟(jì)、最有效的能源和礦產(chǎn)資源保障措施。但是目前煤礦所遇到的問題很多：例如：主要開拓及采準(zhǔn)巷道支護(hù)困難、巷道返修率高；永久性巷道支護(hù)后存在片幫、底鼓等現(xiàn)象，需要多次維護(hù)與加固，維護(hù)工作量大，支護(hù)成本高等等問題。若采用傳統(tǒng)的支護(hù)方式，造成施工進(jìn)度慢，進(jìn)而影響全礦井的采掘接替。

關(guān)鍵詞：預(yù)留變形量讓壓局部二次補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)；方案；實(shí)踐；研究

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.20.073

1 引言

城郊煤礦是河南能源永煤公司建設(shè)的第三對(duì)現(xiàn)代化大型礦井。礦井于1999年12月29日開工建設(shè)，2003年10月11日竣工投產(chǎn)，核定生產(chǎn)能力500萬噸/年。目前因受大采深、高地應(yīng)力等特殊的地質(zhì)采礦條件，決定城郊煤礦巷道支護(hù)特別困難。在城郊礦巖石巷道掘進(jìn)中表現(xiàn)出巷道礦壓顯現(xiàn)劇烈，傳統(tǒng)的錨網(wǎng)支護(hù)不能有效控制巷道圍巖變形。因此，城郊煤礦深部巷道圍巖的合理、穩(wěn)定控制是目前生產(chǎn)中所面臨的等待解決的首要問題。深部圍巖巷道有效控制的實(shí)用工藝技術(shù)國(guó)內(nèi)外極少，為此本文通過實(shí)踐研究深部圍巖預(yù)留變形量讓壓局部二次補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)技術(shù)，該技術(shù)不僅能有效解決城郊礦區(qū)復(fù)雜條件開掘巷道的一系列問題，而且對(duì)于我國(guó)煤礦生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展等具有較強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)和現(xiàn)實(shí)意義，希望對(duì)有這方面研究的學(xué)者提供一些幫助。

2 實(shí)驗(yàn)研究

2.1 實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地及現(xiàn)場(chǎng)狀況

本文以城郊礦二水平南翼軌道大巷Ⅱ?yàn)榈湫蛯?shí)例，對(duì)軟巖巷道破壞原因、控制技術(shù)和支護(hù)對(duì)策進(jìn)行了研究，依據(jù)理論分析和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的手段，研究和分析預(yù)留變形量讓壓局部二次補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)對(duì)實(shí)操帶來的便利性。

城郊礦二水平南翼軌道大巷Ⅱ在二水平南翼軌道大巷中SYG16點(diǎn)位置沿232°方位角開口施工。變形嚴(yán)重區(qū)域巷道距撥門處約368m，斷層面有淋水現(xiàn)象，變形嚴(yán)重巷道段位于二2煤頂板泥巖中，巷道揭露巖性主要為泥巖、砂質(zhì)泥巖。該巷道掘進(jìn)期間主要充水水源為煤層頂?shù)装迳皫r裂隙水，主要以滴淋水形式出現(xiàn)，對(duì)掘進(jìn)有影響。原始支護(hù)方式未考慮預(yù)留變形量讓壓支護(hù)工藝，故巷道支護(hù)效果不佳。

2.2 鉆孔窺視現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試方案

頂部采用錨索機(jī)鉆孔，鉆孔直徑32mm，鉆孔設(shè)計(jì)深度10m，每斷面施工3個(gè)鉆孔，鉆孔位置分別為頂板中部和左右兩拱肩。窺視孔布置如圖1所示。

2.3 巷道圍巖窺視結(jié)果分析

城郊礦南翼軌道大巷Ⅱ變形嚴(yán)重區(qū)段由于受到滲流水、斷層破碎帶的影響，造成巷道圍巖泥化，導(dǎo)致巷道一定范圍內(nèi)的圍巖體喪失承載能力，因此，通過測(cè)定圍巖松散破碎圈的大小，可以為確定合理的承載拱厚度提供依據(jù)，指導(dǎo)后續(xù)的注漿支護(hù)工作?，F(xiàn)場(chǎng)僅正頂3孔可進(jìn)行有效窺視，現(xiàn)對(duì)3孔實(shí)際窺視情況進(jìn)行分析。

1號(hào)鉆孔實(shí)際窺視深度9m，巷道壁后2.5m范圍內(nèi)的圍巖破碎、破壞較為嚴(yán)重。2.5m-5m范圍內(nèi)圍巖較完整，但存在多段弱面夾層，部分泥化，5m-7.8m范圍內(nèi)圍巖軸向、徑向裂隙交錯(cuò)發(fā)育，局部段中等破碎，7.8m-9m范圍內(nèi)，圍巖較完整。

2號(hào)鉆孔實(shí)際窺視深度3m，注漿深度3m，巷道壁后0-1.3m范圍內(nèi)，圍巖泥化松散，1.3m-2.7m范圍內(nèi)，可見漿液膠結(jié)松散巖體，2.7m以外又見圍巖呈泥化松散狀，堵塞鉆孔，無法進(jìn)行進(jìn)一步窺視。

3號(hào)孔實(shí)際窺視深度5.8m，巷道壁后0-2m范圍內(nèi)的圍巖破碎、破壞較為嚴(yán)重。2m-5.3m范圍內(nèi)圍巖完整，但可見局部裂隙發(fā)育，5.3m-5.7m范圍內(nèi)圍巖巖性逐漸惡化，5.7m以外圍巖出現(xiàn)松散破碎泥化現(xiàn)象，堵塞鉆孔。

2.4 結(jié)論

（1）從監(jiān)測(cè)鉆孔內(nèi)最大破壞深度看，巷道圍巖最大破壞深度達(dá)到7.8m，隨著鉆孔深度增加，圍巖破壞情況呈現(xiàn)先趨向緩和，后逐漸惡化的特點(diǎn)。

（2）巷道幫部鉆孔成孔后淋水嚴(yán)重，無法進(jìn)行窺視，表明幫部圍巖裂隙已成為主要導(dǎo)水通道，受滲流水侵害嚴(yán)重，為支護(hù)關(guān)鍵部位。

（3）距交叉點(diǎn)28m處為圍巖較穩(wěn)定地段，對(duì)此位置的3號(hào)頂板鉆孔進(jìn)行窺視，發(fā)現(xiàn)在巷道壁后5.8m處出現(xiàn)泥化松散帶，圍巖破壞特征依然明顯，說明滲流水對(duì)巷道侵害范圍大。

（4）從2號(hào)頂板鉆孔的窺視情況看，所窺視的3m范圍內(nèi)均為泥化松散巖體，前期注化學(xué)漿加固后，漿液擴(kuò)散范圍有限，注漿效果不佳，無法保證注漿范圍內(nèi)的松散巖體有效膠結(jié)。

3 城郊礦圍巖預(yù)留變形量讓壓局部二次補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)

針對(duì)巷道的破壞原因及程度研究預(yù)留變形量讓壓局部二次補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)技術(shù)。采用炮掘掘進(jìn)時(shí)，實(shí)現(xiàn)該技術(shù)的關(guān)鍵是控制好光面爆破施工工藝，保證巷道快速成型。

3.1 先噴后錨承載拱構(gòu)建工藝

光面爆破施工完畢出矸后，巷道幫部先初噴一層混凝土再施工幫部錨桿，然后掛網(wǎng)、安裝托盤。巷道沿掘進(jìn)方向在巷道正頂、兩肩及兩幫施工7根錨索加強(qiáng)支護(hù)。

3.2 讓壓局部二次補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)

預(yù)留變形量錨網(wǎng)索支護(hù)后不應(yīng)立即噴漿覆蓋，使巷道釋放應(yīng)力，充分達(dá)到讓壓目的。待巷道讓壓變形穩(wěn)定后，進(jìn)行局部二次補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，全斷面一次復(fù)噴成巷，避免了兩層皮，有利于提高噴射砼的強(qiáng)度。

結(jié)合城郊煤礦南翼軌道大巷Ⅱ?qū)嶋H工程地質(zhì)特點(diǎn)及相關(guān)錨桿支護(hù)理論，對(duì)錨桿、錨網(wǎng)的支護(hù)參數(shù)進(jìn)行了選擇，即預(yù)留變形量光爆+初噴+錨網(wǎng)索+釋放應(yīng)力后局部錨網(wǎng)索二次補(bǔ)強(qiáng)+二次復(fù)噴”施工工藝。先噴后錨充分讓壓后，局部補(bǔ)強(qiáng)加固后復(fù)噴成巷，最大限度提高承載拱支護(hù)強(qiáng)度，并通過后期補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，提高支護(hù)結(jié)構(gòu)與圍巖的承載力，保持巷道長(zhǎng)期穩(wěn)定。

4 工程實(shí)踐及試驗(yàn)效果分析endprint

南翼軌道大巷Ⅱ支護(hù)技術(shù)嚴(yán)格執(zhí)行“先初噴、后錨網(wǎng)、滯后讓壓、二次補(bǔ)強(qiáng)、最后復(fù)噴”的預(yù)留變形量讓壓局部二次補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)技術(shù)前提下，再次對(duì)巷道錨網(wǎng)索強(qiáng)化支護(hù)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)細(xì)化，考慮到斷層地質(zhì)構(gòu)造帶巷道變形破壞、淋水較為嚴(yán)重，建議在巷道幫部建立橫向錨索桁架結(jié)構(gòu)進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，并對(duì)巷道頂部進(jìn)行注漿固化，將錨固力傳遞到穩(wěn)定圍巖區(qū)域。

4.1 試驗(yàn)巷道支護(hù)方案設(shè)計(jì)

（1）構(gòu)造區(qū)短距離掩護(hù)注漿。由于地質(zhì)構(gòu)造區(qū)域圍巖十分破碎，為保障巷道施工安全，根據(jù)頂板穩(wěn)定性以及淋水等情況如有必要?jiǎng)t采取短距離循環(huán)掩護(hù)注化學(xué)漿，在化學(xué)漿固結(jié)淺部圍巖的掩護(hù)下進(jìn)行巷道施工。注漿孔布置：在迎頭頂板施工鉆孔，鉆孔傾角60°，鉆孔間距為1.2m，共計(jì)5個(gè)鉆孔。超前水平控制范圍為3m，注漿后巷道掘進(jìn)進(jìn)尺2m，開始下一個(gè)循環(huán)。

（2）頂部錨桿、關(guān)鍵部位錨索支護(hù)。在淺孔充填注漿結(jié)束后，必須采用Φ20×2500mm錨桿對(duì)頂板進(jìn)行支護(hù)。在巷道頂區(qū)布置3套頂部錨索，錨索間距1400mm，采用兩卷MSK2335和兩卷MSZ2335型樹脂藥卷錨固，預(yù)緊力不小于100kN；錨桿托盤規(guī)格200×200mm，厚度10mm，布置1.7×0.9m冷軋帶肋鋼筋電弧焊接金屬網(wǎng)，提高錨桿整體作用效果。

（3）底板錨桿、錨索注漿方案。在巷道底板布置3套Φ18.9mm

×6000mm底板注漿錨索，錨索間距2100mm，注漿后預(yù)緊力應(yīng)達(dá)到150kN，并且間隔布置Φ24×2600mm注漿高強(qiáng)度錨桿。

（4）復(fù)噴混凝土。巷道圍巖加強(qiáng)支護(hù)并充分讓壓后應(yīng)進(jìn)行復(fù)噴混凝土，噴層厚度50mm，噴層可以有效防止錨桿、錨索銹蝕，提高巷道圍巖承載拱強(qiáng)度。

4.2 試驗(yàn)巷道礦壓觀測(cè)及分析

（1）觀測(cè)內(nèi)容。為了觀測(cè)預(yù)留變形量讓壓局部二次補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)技術(shù)的錨網(wǎng)索支護(hù)效果，研究支護(hù)參數(shù)的現(xiàn)實(shí)合理性，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置了8個(gè)位移觀測(cè)站，每個(gè)觀測(cè)站按十字布點(diǎn)法布置，監(jiān)測(cè)巷道表面位移，判斷圍巖運(yùn)動(dòng)情況。

（2）測(cè)站布置方案。在二水平南翼軌道大巷Ⅱ錨桿支護(hù)巷道表面位移收斂采用專用螺母鉤短錨桿設(shè)備進(jìn)行觀測(cè)。表面位移收斂觀測(cè)采用十字?jǐn)嗝娣?，在選擇合適的測(cè)點(diǎn)后，于巷道兩幫及頂?shù)装甯靼惭b一根長(zhǎng)度為500mm的短錨桿，螺母采用普通螺母加工成的螺母鉤安裝。

（3）礦壓觀測(cè)分析。對(duì)巷道表面位移規(guī)律的分析主要針對(duì)頂?shù)装逦灰谱兓俊蓭臀灰谱兓俊Ｍㄟ^近兩個(gè)月的礦壓觀測(cè)，城郊煤礦南翼軌道大巷Ⅱ8個(gè)測(cè)點(diǎn)處的兩幫位移變化實(shí)測(cè)規(guī)律如圖2所示。

（4） 頂?shù)装逦灰屏孔兓?guī)律。通過近兩個(gè)月的礦壓觀測(cè)，城郊煤礦南翼軌道大巷Ⅱ8個(gè)測(cè)點(diǎn)處的頂?shù)装逦灰谱兓瘜?shí)測(cè)規(guī)律如圖3所示。

由圖2、圖3可以看出，采用預(yù)留變形量讓壓局部二次補(bǔ)強(qiáng)錨網(wǎng)索聯(lián)合承載拱支護(hù)技術(shù)后，圍巖的變形過程平緩，并逐漸趨于穩(wěn)定。巷道與1#聯(lián)巷交叉點(diǎn)最大跨度處，3#觀測(cè)點(diǎn)表面位移較大，頂?shù)装逦灰屏孔畲笾禐?2mm，兩幫位移量最大值為26mm，4#觀測(cè)點(diǎn)頂?shù)装逦灰屏繛?0mm，兩幫位移量為25mm，巷道聯(lián)巷較遠(yuǎn)的8#測(cè)點(diǎn)表面位移量較小或無位移，巷道整體呈現(xiàn)為穩(wěn)定狀態(tài)。

（5）支護(hù)效果。城郊礦南翼軌道大巷Ⅱ地質(zhì)條件較復(fù)雜，斷層發(fā)育，地壓較大，采用預(yù)留變形量讓壓局部二次補(bǔ)強(qiáng)錨網(wǎng)索聯(lián)合承載拱支護(hù)技術(shù)后，巷道整體維護(hù)狀況良好，頂?shù)着c兩幫的變形量都在可控范圍之內(nèi)，巷道斷面可以滿足正常使用要求。

5 結(jié)論

本文針對(duì)城郊煤礦二水平南翼軌道大巷Ⅱ支護(hù)技術(shù)及控制體系進(jìn)行了研究，較深入研究了圍巖預(yù)留變形量讓壓局部二次補(bǔ)強(qiáng)承載拱構(gòu)建支護(hù)體系，提出了較可靠的支護(hù)對(duì)策，得到以下結(jié)論：

（1）巷道幫頂處圍巖的惡化是導(dǎo)致巷道失穩(wěn)破壞的主要因素，南翼軌道大巷Ⅱ圍巖破碎，同時(shí)受到裂隙水和構(gòu)造應(yīng)力影響，圍巖泥化致使自身承載力喪失，應(yīng)力在此處釋放，造成支護(hù)結(jié)構(gòu)局部應(yīng)力集中，產(chǎn)生不規(guī)則變形，承載性能大大降低。

（2）詳細(xì)闡述了該礦圍巖預(yù)留變形量讓壓局部二次補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)技術(shù)，即預(yù)留變形量光爆+初噴+錨網(wǎng)（索）+釋放應(yīng)力后局部錨網(wǎng)索二次補(bǔ)強(qiáng)+二次復(fù)噴”施工工藝。“噴錨讓補(bǔ)噴”先噴后錨充分讓壓后，局部補(bǔ)強(qiáng)加固后復(fù)噴成巷，最大限度提高承載拱支護(hù)強(qiáng)度，并通過后期補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，提高支護(hù)結(jié)構(gòu)與圍巖的承載力，保持巷道長(zhǎng)期穩(wěn)定。

（3）工程實(shí)踐嚴(yán)格按照“先初噴、后錨網(wǎng)、滯后讓壓、二次補(bǔ)強(qiáng)、最后復(fù)噴”的“噴錨讓補(bǔ)噴”施工工藝施工，提高巷道整體承載力，實(shí)現(xiàn)支護(hù)結(jié)構(gòu)和圍巖讓抗結(jié)合。并對(duì)巷道圍巖變形進(jìn)行觀測(cè)表明圍巖的變形過程平緩、均勻，并逐漸趨于穩(wěn)定，聯(lián)巷點(diǎn)最大斷面處頂?shù)装逦灰屏孔畲笾禐?2mm，兩幫位移量最大值為26mm，遠(yuǎn)離巷道聯(lián)巷巷道表面位移量較小或無位移，巷道整體呈現(xiàn)為穩(wěn)定狀態(tài)，確保了礦井安全高效生產(chǎn)。

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作者簡(jiǎn)介：吳文廣（1984-），男，江蘇沛縣人，碩士，研究方向：礦業(yè)工程。endprint