回采巷道松軟破碎圍巖支護(hù)技術(shù)的探討

閆二寶

（西山煤電集團(tuán)有限責(zé)任公司馬蘭礦， 山西 交城 030200）

1 礦井概況

馬蘭礦位于山西省古交市西南15 km，礦區(qū)南北長(zhǎng)約5.9 km，東西寬約6.3 km，礦井面積約32.8 km2，礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力400萬(wàn)t。六采區(qū)位于馬蘭礦井北部西翼，設(shè)計(jì)長(zhǎng)度320 m，軌道巷深度650 m，巷道斷面設(shè)計(jì)為梯形，尺寸4.0 m×2.6 m，巷道掘進(jìn)沿8號(hào)煤層開(kāi)采，煤層平均傾角18°，煤層平均厚度2.8 m。巷道所過(guò)區(qū)域，部分區(qū)段8號(hào)直接頂為復(fù)合泥巖，節(jié)理裂隙發(fā)育，厚度1.2 m左右，同上部砂質(zhì)泥巖間存在夾煤線。巷道埋深較大，掘進(jìn)作業(yè)時(shí)圍巖應(yīng)力較大，易發(fā)生頂板垮落與巷道變形現(xiàn)象，威脅作業(yè)安全。隨著礦井開(kāi)采深度的增加，巷道圍巖壓力的逐步增強(qiáng)，礦井回采面臨大圍壓環(huán)境，使得深部井下巷道在掘進(jìn)過(guò)程中存在圍巖松散破碎、巷道易變形失穩(wěn)的特點(diǎn)，影響礦井的安全高效生產(chǎn)[1-2]。圖1為馬蘭礦六采區(qū)巷道布設(shè)示意圖。

圖1 馬蘭礦六采區(qū)巷道平面布設(shè)圖

2 支護(hù)難度分析

2.1 巷道掘進(jìn)支護(hù)

馬蘭礦六采區(qū)軌道巷割煤掘進(jìn)采用綜掘機(jī)施工，一掘一支，單個(gè)循環(huán)進(jìn)刀兩次，進(jìn)尺總長(zhǎng)度1 600 mm?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐表明，自開(kāi)口處起巷道壓力顯現(xiàn)十分強(qiáng)烈，頂板易發(fā)生離層跨落現(xiàn)象，偽頂總厚達(dá)900 mm，進(jìn)行綜掘作業(yè)易導(dǎo)致巖塊掉落，誘發(fā)巷道頂板的高低不平，同時(shí)兩幫煤壁松軟，易片幫，使得巷道成型效率低、進(jìn)尺速度慢。

2.2 巷道臨時(shí)支護(hù)

礦井以往淺層巷道掘進(jìn)臨時(shí)支護(hù)多選用輕型單體液壓支柱，但在深部巷道掘進(jìn)中，受到松軟破碎頂板的影響，掘進(jìn)單次循環(huán)結(jié)束后，圍巖受力環(huán)境的改變使得臨時(shí)支護(hù)的頂板跨落可能性大幅增加，不僅影響施工進(jìn)度而且威脅生產(chǎn)安全[3]。

2.3 巷道永久支護(hù)

由于軌道巷頂板為泥巖，圍巖穩(wěn)定性不足且偽頂厚度較大，易在短時(shí)間內(nèi)發(fā)生脫落，采用托偽頂?shù)闹ёo(hù)方式，多次出現(xiàn)永久支護(hù)未完成，便發(fā)生偽頂脫落的事故。此外，已進(jìn)行永久支護(hù)的巷道存在頂板離層、底鼓與兩幫移進(jìn)現(xiàn)象，有必要進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)與二次支護(hù)。

根據(jù)馬蘭礦的實(shí)際地質(zhì)情況和開(kāi)采條件，綜合考慮采取“短掘短支+超前支護(hù)+永久支護(hù)優(yōu)化設(shè)計(jì)”的聯(lián)合支護(hù)技術(shù)方案。

3 支護(hù)方式選擇

3.1 短掘短支

根據(jù)馬蘭礦深部開(kāi)采巷道頂板松軟破碎易發(fā)生離層的情況和生產(chǎn)技術(shù)要求，巷道掘進(jìn)作業(yè)采用“三一重工”生產(chǎn)的EBZ-132懸臂式掘進(jìn)機(jī)，實(shí)行短掘短支作業(yè)方式，將單次循環(huán)進(jìn)尺長(zhǎng)度由原來(lái)的1 800 mm降低為900 mm，割煤時(shí)兩幫煤壁厚度應(yīng)保留在300 mm左右，為避免發(fā)生超挖現(xiàn)象刷幫作業(yè)應(yīng)使用人工風(fēng)鎬進(jìn)行，使用膠帶運(yùn)輸機(jī)完成原煤運(yùn)輸，使巷道一次成型[4]。

3.2 超前支護(hù)

由于傳統(tǒng)的超前支護(hù)施工作業(yè)的控頂距離過(guò)大，存在臨時(shí)支護(hù)跟進(jìn)不足的問(wèn)題，對(duì)臨時(shí)支護(hù)工藝進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，采用掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行機(jī)載超前支護(hù)工藝，具體工藝步驟如下：

1）在掘進(jìn)機(jī)截割部布設(shè)主架與頂梁架，兩者借助液壓傳動(dòng)手柄進(jìn)行操控。臨時(shí)支護(hù)作業(yè)時(shí)操作閥調(diào)至支護(hù)位置并開(kāi)啟泵站進(jìn)行供油。同時(shí)支護(hù)所用鋼帶和網(wǎng)片以巷道中線為基準(zhǔn)按照設(shè)計(jì)間排距進(jìn)行找正并布設(shè)在頂梁架上，通過(guò)磁鐵裝置進(jìn)行固定。掘進(jìn)機(jī)操作人員向前推移臨時(shí)支護(hù)裝置控制手柄，待主架與頂梁架平穩(wěn)打開(kāi)后，依據(jù)頂板具體方位角，展開(kāi)至所需角度，并提升主架進(jìn)行固定。

2）臨時(shí)支架提升時(shí)控制手柄，確保頂梁架升至頂板時(shí)兩者中線基本重合，隨后將鋼帶與網(wǎng)片壓緊至頂板。同時(shí)，控制護(hù)幫板操作手柄，將護(hù)幫板貼合巷道迎頭煤壁[5]。最后，進(jìn)行頂板錨桿施工，錨桿布設(shè)完畢后，先下降主架至底部，再合起主架與頂梁架，至全部收回掘進(jìn)機(jī)為止后將操作閥調(diào)至掘進(jìn)機(jī)位置，進(jìn)行掘進(jìn)機(jī)的正常作業(yè)，并進(jìn)行下一循環(huán)操作。超前支護(hù)布設(shè)如圖2所示。

圖2 機(jī)載超前支護(hù)示意圖（mm）

3.3 支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)

以軟巖工程力學(xué)理論為基礎(chǔ)，結(jié)合六采區(qū)施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，鑒于掘進(jìn)施工巷道的圍巖屬于復(fù)合型軟巖，采取錨網(wǎng)帶聯(lián)合支護(hù)、錨網(wǎng)索加強(qiáng)支護(hù)的方式，回采巷道支護(hù)斷面結(jié)構(gòu)如圖3所示?；夭上锏理敯搴蛢蓭筒捎谩案邚?qiáng)錨桿+金屬網(wǎng)+m鋼帶”的聯(lián)合支護(hù)發(fā)生。巷道頂板支護(hù)錨桿選用長(zhǎng)2 200 mm，Φ20 mm的左旋螺紋鋼錨桿，布設(shè)間排距為800 mm×750 mm，金屬網(wǎng)尺寸為2 200 mm×1 000 mm，網(wǎng)格尺寸為70 mm×70 mm；鋼帶長(zhǎng)4 000 mm。每根頂板錨桿適用兩支樹(shù)脂錨固劑進(jìn)行錨固。巷道兩幫支護(hù)選用錨桿為長(zhǎng)2 200 mm、Φ20 mm的左旋螺紋鋼錨桿，布設(shè)間排距800mm×800mm，其他布設(shè)同頂板支護(hù)相同[6]。

針對(duì)頂板與兩幫的錨索加強(qiáng)支護(hù)，其中頂板以中心線為基準(zhǔn)布設(shè)三排錨索梁進(jìn)行加固，錨索梁適用18號(hào)槽鋼制作，長(zhǎng)3 000 mm，孔間距1 300 mm，采取一梁三索的形式，所用錨索長(zhǎng)6 300 mm、Φ18.9 mm，布設(shè)間排距為1 500 mm×1 300 mm，單根錨索通過(guò)四支樹(shù)脂錨固劑進(jìn)行加固。巷道兩幫分別布設(shè)一排錨索梁進(jìn)行加固，布設(shè)排距800 mm，采用“一梁三索”聯(lián)合支護(hù)方式。

圖3 巷道支護(hù)斷面示意圖（mm）

4 巷道支護(hù)效果監(jiān)測(cè)與分析

采用短掘短支工藝后，巷道整體施工質(zhì)量獲得顯著提升，掘進(jìn)作業(yè)時(shí)片幫漏頂現(xiàn)象大幅減少，巷道整體成型效果顯著。選用機(jī)載臨時(shí)支護(hù)的形式，為臨時(shí)支護(hù)提供了有效的主動(dòng)支撐力，煤后迎頭頂板得到及時(shí)控制，能夠顯著提升圍巖穩(wěn)定性，規(guī)避了以往臨時(shí)支護(hù)常發(fā)的頂板冒頂與離層現(xiàn)象。

采用聯(lián)合支護(hù)方案和施工工藝，為驗(yàn)證巷道支護(hù)效果，對(duì)回采巷道圍巖變形進(jìn)行監(jiān)測(cè)，回采巷道圍巖位移-時(shí)間關(guān)系曲線圖如圖4所示。分別布設(shè)3個(gè)監(jiān)測(cè)站，整個(gè)監(jiān)測(cè)時(shí)長(zhǎng)為24 d。對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析可以看出，受采動(dòng)影響圍巖相對(duì)位移量有所增加，但小于未加固支護(hù)時(shí)圍巖變形量，變形速率也明顯縮小。巷道頂板離層最大值為31 mm，離層速度最大值為7 mm/d，3個(gè)監(jiān)測(cè)站最大累積移進(jìn)量為106 mm，隨后逐漸減小，后6 d后巷道圍巖變形量趨于穩(wěn)定?？梢?jiàn)采用聯(lián)合支護(hù)方式可有效控制巷道圍巖變形，取得良好的支護(hù)效果。

圖4 聯(lián)合支護(hù)后巷道圍巖位移-時(shí)間關(guān)系曲線圖

5 結(jié)論

1）馬蘭礦結(jié)合礦井的實(shí)際地質(zhì)情況采用短掘短支工藝后，有效提升巷道的整體施工質(zhì)量，降低掘進(jìn)作業(yè)時(shí)的片幫現(xiàn)象發(fā)生概率；

2）巷道支護(hù)采用“短掘短支+機(jī)載臨時(shí)支護(hù)+永久支護(hù)優(yōu)化”的聯(lián)合支護(hù)方式，解決松散破碎巷道支護(hù)難題，針對(duì)巷道永久支護(hù)的礦壓監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析來(lái)看，聯(lián)合支護(hù)方式有效控制受采掘影響的圍巖變形破壞，表現(xiàn)出良好的支護(hù)效果，保證了礦井的安全高效生產(chǎn)。