高突礦井巷內(nèi)預(yù)置隔離墻成雙巷支護(hù)技術(shù)分析

李 毅

（山西汾西礦業(yè)集團(tuán)雙柳煤礦， 山西 柳林 033300）

1 工程概況

9106工作面為綜合機(jī)械化采煤工作面，上順槽設(shè)計(jì)673 m，該巷道服務(wù)年限約為1年零5月，工作面布置如圖1所示。

圖1 9106綜采工作面平面布置圖

煤層層位穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，煤層厚度變化不大，厚度為1.4～1.8 m，平均約為1.6 m，煤層傾角2?～8?；煤層物理性質(zhì)為黑色暗亮型，較脆易碎。斷口呈參差狀，瀝清光澤。

直接頂是指在采空區(qū)以冒落，在采場(chǎng)內(nèi)由支架暫時(shí)支撐的懸臂梁，在推進(jìn)方向上不能始終保持水平力的傳遞；基本頂是指運(yùn)動(dòng)時(shí)對(duì)采場(chǎng)產(chǎn)生明顯影響的傳遞巖梁組合。

9106工作面上順槽掘進(jìn)可知，煤層的平均厚度為1.6 m。直接頂厚度一般為采高的2倍，煤層上方3.58 m的灰色炭質(zhì)黏土巖作為直接頂。

基本頂范圍取采高的5～6倍，即8～10 m左右；煤層上方2.99 m的淺灰色黏土質(zhì)粉砂巖、2.74 m淺灰色灰?guī)r以及4.44 m的淺灰色細(xì)砂巖作為基本頂。

2 寬斷面巷道支護(hù)方案

2.1 巷道掘進(jìn)施工參數(shù)

考慮到巷道斷面偏大，掘進(jìn)過(guò)程中還需布置瓦斯抽放鉆場(chǎng)，部分位置巷道寬度將進(jìn)一步增大。為降低巷道支護(hù)難度，巷道掘進(jìn)時(shí)按5 m寬進(jìn)行掘進(jìn)；隔離墻施工完畢后，左幫煤壁刷幫1.5 m，使瓦斯巷寬度達(dá)到2.5 m[1]。后期回采過(guò)程中，保留瓦斯巷作為下一工作面的運(yùn)輸巷，在瓦斯巷返修過(guò)程中，進(jìn)行煤壁左幫的第二次刷幫，達(dá)到運(yùn)輸巷寬度要求。

2.2 刷幫前巷道支護(hù)參數(shù)

2.2.1 支護(hù)形式的確定

根據(jù)《MT 1104—2009煤巷錨桿支護(hù)技術(shù)規(guī)范》并結(jié)合礦井具體條件，9106工作面上順槽頂板采用左旋無(wú)縱筋樹脂錨固螺紋剛錨桿，兩幫為管縫錨桿，配合錨索等進(jìn)行支護(hù)。

2.2.2 支護(hù)參數(shù)確定

1）頂板。

采用左旋螺紋鋼錨桿，樹脂錨固。錨桿尺寸為18 mm×1 800 mm，間排距為900 mm；錨固劑為MSK2350，每根錨桿用1卷；采用150 mm×150 mm×8.0 mm方形托盤，螺母為高強(qiáng)阻尼螺母，配合減阻墊圈；錨固力不低于85 kN，預(yù)緊力不低于30 kN。

鋼筋梁作為組合錨桿的構(gòu)件。采用Φ14 mm螺紋鋼加工而成。同時(shí)采用錨索加強(qiáng)支護(hù)，具體參數(shù)：SKP15-1/1 860，Φ15.24～Φ6 500 mm，每3排（排距2.7 m）布置2根錨索，間距為1.7 m；錨固劑為MSK2350，每根錨索采用3卷；托盤采用鋼制蝶形托盤，尺寸為200 mm×200 mm；錨固力不低于200 kN，預(yù)緊力不低于80 kN。

2）右?guī)汀?/p>

金屬管縫錨桿長(zhǎng)度為1 600 mm；鐵托盤規(guī)格為150 mm×150 mm×8 mm，孔徑為24 mm。間距1.3 m，排距為0.9 m。

破碎地段及過(guò)斷層處，采取掛網(wǎng)、增加支護(hù)密度等措施；若頂板存在冒落危險(xiǎn)，采用錨桿及錨索支護(hù)不能滿足安全施工的需求時(shí)，可采用架金屬棚支護(hù)。

2.3 刷幫后巷道支護(hù)參數(shù)

巷道按5 m寬掘進(jìn)后滯后一定距離施工隔離墻將寬面巷道隔成回風(fēng)巷和運(yùn)輸巷2條巷道，其中瓦斯巷的支護(hù)強(qiáng)度要求較高；刷幫后進(jìn)行補(bǔ)打錨桿和錨索，支護(hù)參數(shù)如下：

1）頂板。錨桿尺寸為18 mm×1 800 mm，間距800 mm，方便施工排距為900 mm；錨索距左幫1.3 m，每三排錨桿布置1根，排距為2.7 m。錨固劑、托盤等參數(shù)與刷幫前一致。

2）左幫。由于考慮到后期的第二次刷幫，不進(jìn)行支護(hù)。實(shí)際施工中在“錨桿+梯子梁+錨索”支護(hù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行掛網(wǎng)加強(qiáng)支護(hù)，錨索支護(hù)采用錨索梁形式；其中回風(fēng)巷錨索梁交替布置，瓦斯巷依次布置。

鋼網(wǎng)規(guī)格為長(zhǎng)×寬=1 m×1.6 m；錨索梁，使用12號(hào)槽鋼加工梁3 000 mm，兩孔間距2 200 mm，孔兩端保留400 mm，每套錨索梁配套使用2塊鋼板，鋼板厚10mm，長(zhǎng)200mm，寬200mm，鋼板孔徑15.6 mm。

3 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)內(nèi)容及測(cè)站布置

為驗(yàn)證巷內(nèi)預(yù)置隔離墻成雙巷的效果，需要對(duì)其進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)；綜合分析相關(guān)參數(shù)，對(duì)原技術(shù)方案優(yōu)化和修正。

3.1 監(jiān)測(cè)內(nèi)容

由于正常工作期間，人員不能進(jìn)入瓦斯巷，監(jiān)測(cè)主要針對(duì)回風(fēng)巷進(jìn)行。監(jiān)測(cè)的內(nèi)容有：煤體應(yīng)力分布、隔離墻受力、圍巖變形、錨桿（索）受力以及頂板離層等。其中隔離墻應(yīng)力監(jiān)測(cè)采取遠(yuǎn)距離模式，即利用引線至回風(fēng)巷進(jìn)行具體參數(shù)測(cè)定。觀測(cè)期間工作面回采約為82 m。

3.2 測(cè)站布置

根據(jù)所需監(jiān)測(cè)內(nèi)容，在回風(fēng)巷中選取距開切眼約20 m、40 m和60 m處布置3個(gè)測(cè)站，分別為I、II和III。

測(cè)站I、II和監(jiān)測(cè)巷道圍巖變形；測(cè)站II和III監(jiān)測(cè)巷道頂板離層、煤體應(yīng)力、錨桿（索）受力。監(jiān)測(cè)內(nèi)容及位置如圖2所示。

應(yīng)力計(jì)編號(hào)分別為：II測(cè)站1號(hào)—5號(hào)煤體應(yīng)力計(jì)，III測(cè)站6號(hào)—10號(hào)煤體應(yīng)力計(jì)；隔離墻應(yīng)力監(jiān)測(cè)為1號(hào)隔離墻應(yīng)力計(jì)[2]。頂板離層編號(hào)為：II測(cè)站1號(hào)頂板離層儀，III測(cè)站2號(hào)頂板離層儀。錨桿（錨索）測(cè)力計(jì)編號(hào)為：測(cè)站1號(hào)—3號(hào)II號(hào)錨桿測(cè)力計(jì)以及1號(hào)錨索測(cè)力計(jì)；III測(cè)站4號(hào)～6號(hào)錨桿測(cè)力計(jì)以及2號(hào)錨索測(cè)力計(jì)。

圖2 巷道測(cè)站布置圖

4 監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

4.1 巷道圍巖變形

用十字布點(diǎn)法測(cè)量巷道圍巖變形，即在頂板和兩幫設(shè)置四個(gè)基點(diǎn)，通過(guò)監(jiān)測(cè)其距離變化，觀測(cè)巷道變形。

1）3個(gè)斷面中頂板的最大下沉量29 mm，底板最大鼓起量40 mm，頂?shù)装遄畲笠平繛?9 mm，兩幫（主要為煤壁側(cè)）的最大移近量53 mm。從整體來(lái)看，兩幫移近量較頂?shù)装逡平啃?，主要是由于隔離墻的存在限制了兩幫的移近，與此同時(shí)煤壁側(cè)的管縫錨桿支護(hù)有效地控制了其變形。距離工作面較近時(shí)，煤壁側(cè)出現(xiàn)片幫等，但由于巷道積水等原因，無(wú)法進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

2）工作面回采過(guò)程中對(duì)圍巖變形明顯影響的范圍約在24～28 m，該范圍內(nèi)應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)支護(hù)，9106工作面回風(fēng)巷實(shí)際超前支護(hù)距離為25 m，可以基本滿足要求。

3）距離工作面20 m范圍后，圍巖變形一般明顯增加，尤其是10 m范圍之后，變形速度明顯加快，說(shuō)明該區(qū)域?qū)儆诔爸螒?yīng)力集中區(qū)。

4）頂?shù)装逡平颗c兩幫移近量均較小，不會(huì)對(duì)巷道的通風(fēng)造成明顯影響，能夠滿足基本要求。

4.2 頂板高層

頂板離層監(jiān)測(cè)選用KGE30C離層報(bào)警檢測(cè)儀。在9106回風(fēng)巷頂板中部垂直打入一個(gè)Φ28～Φ32 mm、深6.5 m左右的鉆孔，在鉆孔2.0 m、6.2 m處分別布置淺、深基點(diǎn)以固定錨爪。錨爪隨巖層的變化而發(fā)生相對(duì)移動(dòng)，其量通過(guò)儀器內(nèi)傳感器記錄下，通過(guò)頂板不同層位的位移差，從而判斷出巷道頂板的穩(wěn)定性和錨桿支護(hù)效果。

4.2.1 斷面Ⅱ處巷道離層監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

1）在工作面超前20 m范圍以外基本沒(méi)有離層發(fā)生；超前工作面15 m左右時(shí)，開始出現(xiàn)較明顯離層，并且隨著工作面的推進(jìn)，離層量逐漸增加。

2）離層量增加時(shí)，深基點(diǎn)讀數(shù)增加明顯，最大達(dá)到12 mm；淺基點(diǎn)讀數(shù)基本維持在4 mm左右，說(shuō)明離層發(fā)生在淺基點(diǎn)與深基點(diǎn)之間。

3）離層量總體較小，說(shuō)明巷道錨網(wǎng)支護(hù)效果較好，有效地控制了頂板離層的發(fā)生。

4.2.2 斷面Ⅲ處巷道離層量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

1）總的來(lái)看，2號(hào)測(cè)點(diǎn)的頂板離層量隨著工作面的推進(jìn)逐漸增大；大約在超前工作面25 m處開始有明顯離層，最大值約為10 mm。

2）工作面推進(jìn)10 m以內(nèi)后，離層有明顯的增加趨勢(shì)。

3）離層量增加時(shí)，深基點(diǎn)、淺基點(diǎn)讀數(shù)以及二者之差均有所增加，說(shuō)明在淺基點(diǎn)之下以及淺基點(diǎn)與深基點(diǎn)之間均有離層發(fā)生。

4）離層量總體較小，說(shuō)明巷道錨網(wǎng)支護(hù)效果較好，有效地控制了頂板離層的發(fā)生。

綜合分析斷面II和III處的離層數(shù)據(jù)，可知兩處的頂板離層量均較小，最大約為12 mm，說(shuō)明巷道整體支護(hù)效果較好[3]。

4.3 錨桿錨素受力

錨桿（索）測(cè)力計(jì)采用ZMC-IIA液壓式錨桿工況測(cè)力計(jì)。選擇回風(fēng)巷斷面臨近位置處巷道中部及靠近工作面煤壁側(cè)的3根錨桿、斷面臨近位置的1根錨索進(jìn)行錨固力測(cè)量。

4.3.1 錨桿受力

斷面II和斷面III處巷道頂板錨桿隨著工作面的推進(jìn)，受力趨勢(shì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析。

1）隨著工作面回采，斷面II處和斷面III處的錨桿受力逐漸上升。

2）開始時(shí)，錨桿受力為50 kN左右，受力較小。

3）斷面II在距工作面26 m左右時(shí)，錨桿受力明顯增加；斷面III在距離工作面20 m時(shí)錨桿受力開始增加；綜合分析，20m左右為超前支撐應(yīng)力集中區(qū)。

4）斷面II處1號(hào)錨桿最大受力100 kN，斷面III處5號(hào)錨桿最大受力9 kN；錨桿最大受力均小于其破斷力；錨桿支護(hù)參數(shù)較為合理。

4.3.2 錨素受力

隨著工作面的推進(jìn)，斷面II和斷面III處巷道頂板錨索的受力監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析：

1）隨工作面的推進(jìn)，斷面II和斷面III的錨索受力整體呈上升趨勢(shì)。斷面II中錨索測(cè)力計(jì)最大受力為172 kN，斷面III中最大受力156 kN。

2）根據(jù)曲線變化，錨索受超前采動(dòng)明顯影響的范圍在工作面前方15～20 m。

3）由觀測(cè)結(jié)果看，錨索受力小于錨索的破斷力，選型較合適。

結(jié)合巷道頂板離層和錨桿錨索受力分析可知，回風(fēng)巷道總體支護(hù)效果較好，在錨桿、錨索等支護(hù)下有效地控制了圍巖離層的發(fā)生。

4.4 隔離墻受力

隔離墻內(nèi)應(yīng)力計(jì)布置高度為1.0 m，距邊緣0.5 m；回采過(guò)程中，隔離墻應(yīng)力監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析。

1）從1號(hào)測(cè)點(diǎn)來(lái)看，隔離墻體中最大壓應(yīng)力約為6 MPa，頂板壓力不足以破壞隔離墻體，它仍然呈彈性狀態(tài)，有支撐上覆巖體的能力。在回采60 m之后，隔離墻體內(nèi)部的應(yīng)力維持在4 MPa左右，和理論計(jì)算比較吻合。

2）在工作面后方20～60 m，隔離墻體內(nèi)壓應(yīng)力為2～6 MPa，波動(dòng)范圍較大，這和該位置處頂板運(yùn)動(dòng)較劇烈相吻合。由于該處距工作面較近，在頂板來(lái)壓作用下，引起隔離墻體內(nèi)應(yīng)力變化。在工作面后方60 m外，受頂板來(lái)壓影響減弱，頂板運(yùn)動(dòng)趨于穩(wěn)定，墻體受力逐漸平穩(wěn)。

總體而言，隔離墻體受力較小，是穩(wěn)定可靠的。

5 結(jié)語(yǔ)

提出一種高突礦井巷內(nèi)預(yù)置隔離墻成雙巷無(wú)煤柱護(hù)巷技術(shù)，該技術(shù)在9106工作面進(jìn)行了工業(yè)試驗(yàn)，對(duì)該試驗(yàn)巷道初次回采期間圍巖變形、錨桿（索）受力等進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，結(jié)果表明試驗(yàn)巷道的穩(wěn)定性較好，可以滿足安全生產(chǎn)的要求，達(dá)到了預(yù)期效果，表明該技術(shù)可以在類似的條件下推廣應(yīng)用。