某礦西部運輸巷二次支護方案設計

劉志剛

(山西汾西礦業(yè)集團曙光煤礦)

某井田為全隱蔽式煤田，煤系地層被第四系和侏羅系上統(tǒng)蒙陰組覆蓋，礦井煤層埋藏深度一般為700～1 200 m，目前，礦井采掘活動位于-670～-1 050 m 水平。當煤層埋深約1 000 m時，巷道礦壓顯現(xiàn)非常明顯[1-2]。該礦自投產以來，多處巷道受高地應力影響產生了變形破壞，通過觀測已開掘的西部運輸巷道的圍巖移近量，可知掘進過程中的最大變形速率達到25 mm/d，1個月內最大底鼓量達到2 500 mm，兩幫移近率最高達30 mm/d，巷道總體表現(xiàn)出礦壓顯現(xiàn)明顯、流變性強及塑性變形大的特點[3-6]。該礦西部運輸巷處于3上煤層底板巖層中，巖性為灰白色細粒砂巖，砂巖厚度為10 m，泥質膠結，夾多層粉砂巖薄層，呈波狀層理，層節(jié)理發(fā)育，小塊狀結構，易脫落，地應力明顯。西部運輸巷凈寬6 m，凈高3.0 m，首次支護采用錨網噴支護方式，隨開采深度的增加及采動的影響，巷道變形較嚴重，巷道經過多次返修后，仍無法滿足生產要求。本研究針對西部運輸巷面臨的圍巖變形問題，設計合理的支護方案，并確定有效的支護參數(shù)。

1 西部運輸巷支護方案設計

1.1 巷道支護方式確定

西部運輸巷屬于第5類巷道，需要采用較高強度的支護形式，提高內承載結構的承載力[7-11]，因此，可選擇錨網索耦合支護配合噴射混凝土支護或錨網索支護+鋼帶+注漿支護方式。考慮到巷道服務年限比較長，為防止巷道再次出現(xiàn)變形破壞，本研究選用錨網索+噴射混凝土+注漿支護方式。兩幫及底板注漿漿液選取水玻璃混凝土注漿材料，由于巷道頂板為泥巖，水玻璃混凝土注漿材料難以滲入，無法起到加固的作用[5]，故而選取樹脂材料馬麗散作為頂板注漿材料。

1.2 巷道支護參數(shù)確定

由于巷道變形嚴重，巷道閉合量大，無法達到使用要求，故需對巷道全段面進行整修，對未破壞的原錨桿(索)進行重新張拉加固。巷道整修后，兩幫和頂板較設計斷面外延500～700 mm(圖1)。

圖1 巷道修復示意(單位：mm)

巷道頂板支護錨桿選用規(guī)格為φ20 mm×2 400 mm 的20MnSi無縱筋螺紋鋼錨桿，錨桿托盤規(guī)格為150 mm×150 mm×10 mm(長×寬×高)；采用2支MSCK2350樹脂錨固劑固定，間距為800 mm，排距為900 mm；錨索規(guī)格為φ21.6 mm×4 200 mm，采用3支MSCK2850樹脂錨固劑固定，錨索沿巷道順向布置，間排距為1 000 mm×1 000 mm；金屬網由φ6.5 mm鋼筋焊制而成，網孔規(guī)格為100 mm×100 mm，網片規(guī)格為1 500 mm×1 100 mm，搭接處鋼筋全部彎鉤連接，長度不小于50 mm；噴層選用普通硅酸鹽水泥，石子粒徑為5～10 mm，噴射混凝土的強度等級C20，水灰比為0.48，速凝劑摻入量一般為水泥質量的2.5%～4%，噴厚為100 mm。

巷道底板支護選用規(guī)格為φ20 mm×2 400 mm 的無縱筋螺紋鋼錨桿，間排距為1 000 mm×1 000 mm；同時鋪網噴漿，同樣選取普通硅酸鹽水泥。選用3根規(guī)格為φ17.8mm、長12.5 m的鋼絞線作為組合錨索，每組錨索配合使用規(guī)格分別為400 mm×400 mm×16 mm(長×寬×高)和200 mm×200 mm×12 mm(長×寬×高)的鋼托盤各1塊，三孔索具1個，組合錨索布置如圖2所示。

圖2 組合錨索布置示意

巷道兩幫支護選用規(guī)格為φ20 mm×2 400 mm的無縱筋螺紋鋼錨桿，間排距為800 mm×800 mm，鋪網噴漿工藝流程與頂?shù)装逑嗤?/p>

本研究采用水泥-水玻璃雙液漿對巷道圍巖進行淺部(孔深3 m)注漿，加固外部松動巖體，而后進行深部高壓水泥-水玻璃注漿。頂幫注漿孔分為淺孔與深孔，1排淺孔，1排深孔，每個斷面布設9個注漿孔，巷道兩幫各設置2個注漿孔，頂部設置5個注漿孔，排距3 m，孔距2 m，以頂板中心為起點向兩幫均勻布孔，淺孔孔深3 m，孔徑42 mm，深孔孔深6 m，孔徑28 mm。為加強頂板強度，防止頂板發(fā)生離層破壞，對頂板實施錨索注漿加固，深孔孔深6 m，孔徑28 mm，注漿孔布置參數(shù)與淺孔相同，頂板巖層為泥巖，注漿材料選用樹脂材料馬麗散。

2 巷道支護效果

巷道修復前，巷道初始的錨網噴支護基本上失去了支護作用，巷道兩幫移近量達到2 m；底鼓嚴重，底鼓量達到1.2 m；頂板出現(xiàn)了拉伸破壞，噴層開裂，頂?shù)装逡平孔畲罂蛇_1.5 m。巷道重新支護后，巷道表面整體未出現(xiàn)破裂區(qū)，人工觀察難以發(fā)現(xiàn)巷道圍巖發(fā)生變形，底板未出現(xiàn)鼓起破壞。通過采用MC-200液壓式錨索應力監(jiān)測計對支護后的巷道頂?shù)装寮皟蓭妥冃纬掷m(xù)進行了170 d觀測，發(fā)現(xiàn)巷道40 d之后變形基本趨于穩(wěn)定，巷道圍巖變形量較小，頂板平均最大移近量為55 mm，兩幫平均最大移近量為61 mm，支護效果良好。此外，巷道支護錨索受載情況觀測表明，錨索受力基本趨于穩(wěn)定，載荷保持穩(wěn)定，錨索最大載荷為179.6 kN，頂板錨索受載最大，頂板及兩幫錨索受力普遍大于底板組合錨索受力，所有錨索受力均未超過錨索的破斷力。

3 結 語

針對某礦西部運輸巷首次支護后圍巖變形大的問題，對二次支護方案進行了設計。實踐表明：方案實施后，頂板平均最大移近量為55 mm，兩幫平均最大移近量為61 mm，錨索最大載荷為179.6 kN，總體上，巷道圍巖變形量較小，錨索受力未超過其破壞強度，巷道整體支護效果良好。