巷道支護(hù)設(shè)計(jì)及鉆孔卸壓技術(shù)實(shí)踐

趙冬生

（山西汾西礦業(yè)集團(tuán)高陽煤礦， 山西 孝義 032300）

厚煤層開采在我國井工煤礦開采中占據(jù)較大比重，目前厚煤層的產(chǎn)量、儲量在全國煤炭的產(chǎn)、儲量中所占的百分比高達(dá)40%以上[1-3]，而厚煤層開采，其工作面回采巷道多布置在煤層中并沿煤層底板掘進(jìn)，這種掘進(jìn)方式具有綜合機(jī)械化掘進(jìn)、掘進(jìn)速度快、掘進(jìn)成本低等優(yōu)勢，卻也存在巷道斷面大、巷道留頂煤、頂幫煤體裂隙發(fā)育、圍巖控制困難等問題。本文針對2207綜放工作面軌道順槽煤與泥巖復(fù)合頂板條件下的支護(hù)工作展開研究，分析其圍巖破壞機(jī)理及支護(hù)原則，并依據(jù)具體地質(zhì)生產(chǎn)條件設(shè)計(jì)針對性支護(hù)方案及鉆孔卸壓方案，從而實(shí)現(xiàn)采掘過程中對巷道圍巖的有效控制。

1 工程概況

2207工作面開采水平標(biāo)高+470 m，主采3號煤層，煤層底板標(biāo)高范圍+462～+516 m，煤層傾角0°～7°，煤層平均厚度5.75 m，煤層賦存結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，回采范圍內(nèi)含多條正斷層及陷落柱，對回采影響較大。采用綜采放頂煤回采工藝，一次采全高，全部垮落法管理頂板，機(jī)采高度3 m，放煤厚度2.75 m，割煤及放煤步距均為0.75 m。工作面頂板條件:直接頂為厚度1.5 m的砂質(zhì)泥巖，裂隙發(fā)育較松軟，老頂為5.3 m厚的細(xì)粒砂巖，水平層理，賦存較穩(wěn)定，直接底為0.7 m的砂質(zhì)泥巖，基本底為2.6 m的細(xì)粒砂巖。2207工作面軌道順槽沿煤層底板掘進(jìn)，巷道斷面為矩形斷面，規(guī)格為4 800 mm×3 500 mm（凈寬度×凈高度），計(jì)劃采用錨桿索聯(lián)合支護(hù)方式。

2 圍巖破壞機(jī)理及支護(hù)原則

根據(jù)經(jīng)典礦壓理論及相關(guān)研究文獻(xiàn)[4，5]，結(jié)合本工作面及巷道的具體地質(zhì)生產(chǎn)條件，以及現(xiàn)場調(diào)研及礦壓觀測發(fā)現(xiàn)的圍巖變形情況及特點(diǎn)，對2207軌道順槽的圍巖破壞機(jī)理進(jìn)行分析。巷道開挖后，巷道圍巖因臨空面的產(chǎn)生，由三向應(yīng)力狀態(tài)變?yōu)殡p向或單向應(yīng)力狀態(tài)。對于巷道頂板，首先從頂板巖性條件分析，直接與巷道空間接觸的是大約2.25 m厚的頂煤，其上為1.5 m的砂質(zhì)泥巖直接頂，均為裂隙發(fā)育、易離層破碎的軟弱圍巖，對外部支護(hù)的依賴性高，不易支護(hù)；其次巷道兩幫破壞及底板鼓起，使整個巷道圍巖的整體性劣化，兩幫及底板的破壞惡性循環(huán)，導(dǎo)致對頂板的支撐能力減弱，頂板巖層的塑性破壞區(qū)向深部發(fā)展，圍巖的自穩(wěn)能力減弱，需要在外部支護(hù)的幫助下在更大的范圍內(nèi)形成承載結(jié)構(gòu)，對圍巖的支護(hù)及強(qiáng)度提出更高要求。

在巷道支護(hù)方案設(shè)計(jì)時，必須考慮以下原則:

1）“支護(hù)—圍巖”系統(tǒng)化原則。巷道支護(hù)不能脫離圍巖條件而單獨(dú)起作用是行業(yè)內(nèi)的共識，在支護(hù)方案設(shè)計(jì)時必須充分考慮“支護(hù)—圍巖”的系統(tǒng)化，支護(hù)結(jié)構(gòu)要充分適應(yīng)圍巖、加固圍巖，幫助圍巖形成自己的承載結(jié)構(gòu)，提高圍巖的自穩(wěn)能力及承載能力，削弱礦山壓力對外部支護(hù)的依賴。

2）圍巖內(nèi)外協(xié)同支護(hù)原則。打設(shè)在圍巖內(nèi)部的錨桿、錨索等支護(hù)方式屬于內(nèi)部支護(hù)，支設(shè)在巷道空間內(nèi)的單體液壓支柱、木垛等屬于外部支護(hù)。應(yīng)重視圍巖的內(nèi)、外協(xié)同支護(hù)，而不能僅依靠一種方式，如對于已經(jīng)使用錨桿索支護(hù)的頂板，巷道中部發(fā)生的彎沉變形，如果配合單體液壓支柱進(jìn)行巷道中部支護(hù)，則能起到很好的支護(hù)效果。

3）超前支護(hù)及加固原則。巷道掘進(jìn)及初期支護(hù)完成后，圍巖變形會有一個迅速發(fā)展并逐漸穩(wěn)定發(fā)展的過程，受本工作面回采超前支承壓力的二次擾動，圍巖會再次發(fā)生劇烈變形。因此必須在二次擾動前對巷道進(jìn)行超前支護(hù)及加固，防止圍巖變形的大量積累或失控，保證巷道的足夠斷面空間。

4）支護(hù)方案及圍巖管理的互饋調(diào)整。根據(jù)現(xiàn)場礦壓觀測結(jié)構(gòu)及圍巖變形控制情況，及時分析支護(hù)方案及頂板管理措施的合理性，并進(jìn)行互饋調(diào)整，使支護(hù)方案及頂板管理措施更好的適應(yīng)現(xiàn)場地質(zhì)生產(chǎn)條件，并為后續(xù)相似條件的巷道提供借鑒。

3 支護(hù)方案及鉆孔卸壓方案設(shè)計(jì)

3.1 巷道支護(hù)方案設(shè)計(jì)

該巷道設(shè)計(jì)沿用本采區(qū)其他工作面順槽的支護(hù)方式，即錨桿索—金屬網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)方式。其中頂板錨桿選用L=2 400 mm，Φ22 mm高強(qiáng)螺紋鋼錨桿，頂部每排6根，間排距860 mm×1 000 mm，幫部錨桿選用L=2 400 mm，Φ22 mm高強(qiáng)螺紋鋼錨桿，每排3根，間排距1 300 mm×1 000 mm，均適用兩支中速樹脂錨固劑；頂板錨索選用L=4 300 mm，Φ22 mm鋼絞線錨索，每組3根，采用小三花布置方式，間排距2 400 mm×2 000 mm，3支樹脂錨固劑，施加預(yù)應(yīng)力不低于250 kN，配合鋼筋托梁及金屬網(wǎng)支護(hù)。

3.2 鉆孔卸壓方案設(shè)計(jì)

工作面回采過程中，2207軌道順槽受采空區(qū)側(cè)向支承壓力、本工作面?zhèn)认蛑С袎毫?、工作面超前支承壓力疊加影響，尤其是工作面與軌道順槽三角區(qū)域、軌道順槽超前30 m范圍內(nèi)，巷道頂板下沉明顯，兩幫劇烈收縮，礦壓壓力動壓顯現(xiàn)明顯，圍巖控制困難。在采取相應(yīng)超前支護(hù)方案的前提下，設(shè)計(jì)在工作面周期來壓前夕即動壓影響前采取鉆孔卸壓措施。設(shè)計(jì)打鉆位置在軌道順槽內(nèi)超前煤壁10～30 m范圍內(nèi)，每次打鉆孔5個，孔距5 m，孔深不低于15 m，孔徑110 mm。打鉆孔垂直煤壁打設(shè)，孔口位置距離底板1.5 m。打設(shè)時機(jī)根據(jù)現(xiàn)場礦壓觀測、周期來壓步距綜合確定。

4 結(jié)語

從現(xiàn)場工程實(shí)踐情況及后期礦壓監(jiān)測數(shù)據(jù)分析可以得出:本支護(hù)方案對巷道圍巖控制效果良好，受回采應(yīng)力擾動前（巷道位于煤壁50 m以外）巷道頂?shù)装逡平靠刂圃?0～106 mm，兩幫移近量控制在25～112 mm，圍巖控制效果較好；受回采應(yīng)力擾動后，綜合使用支設(shè)超前液壓支柱、打卸壓鉆孔、煤層注水軟化降塵等圍巖控制措施，巷道圍巖變形雖明顯發(fā)展，但整體控制效果穩(wěn)定，滿足了行人、通風(fēng)、運(yùn)輸?shù)雀黜?xiàng)安全生產(chǎn)要求。