特厚煤層大斷面巷道窄煤柱護(hù)巷圍巖控制技術(shù)

溫振華

（大同煤礦集團(tuán)有限責(zé)任公司 總調(diào)度室，山西 大同 037003）

區(qū)段煤柱的留設(shè)尺寸直接關(guān)系礦井煤炭資源回收率、礦井的服務(wù)年限，采用窄煤柱護(hù)巷，由于煤柱受動(dòng)壓影響，裂隙發(fā)育，整體性差，巷道礦壓顯現(xiàn)強(qiáng)烈，控制難度大。眾多專家學(xué)者針對(duì)不同條件下窄煤柱護(hù)巷圍巖變形及控制技術(shù)進(jìn)行了研究，分析了圍巖變形特征及其支護(hù)對(duì)策［1-5］。但是由于煤礦地質(zhì)條件復(fù)雜，差異性較大，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中存在各在不同特點(diǎn)，需針對(duì)具體地質(zhì)條件進(jìn)行研究。

1 工程概況

塔山煤礦二盤區(qū)5204-2順槽為8204-2工作面回風(fēng)順槽，5204-2順槽巷道位于本井田的東南部、二盤區(qū)的東北部，巷道西北部為實(shí)煤區(qū)，西南部為8204采空區(qū)水平間距最小處6m，東北部為2204-2巷，東南部為二盤區(qū)的盤區(qū)大巷。8204-2工作面回采煤層為3#～5#煤，煤層傾角1°～3°，平均埋深500 m，煤層厚度為11.91～22.26m，平均15.22 m，純煤厚為11.54～15.84m，平均13.43 m，含夾矸2～9層，夾矸單層厚度0.36～6.81m，平均1.49 m。夾矸巖性為黑色炭質(zhì)泥巖，灰黑色、褐色高嶺質(zhì)泥巖、高嶺巖、泥巖、砂質(zhì)泥巖，煤層上部局部受煌斑巖侵入影響硅化、變質(zhì)。5204-2巷正巷76.6～403.5 m范圍是煤柱變化段，中部切眼需開掘絞車硐室，絞車硐室里幫距2204幫部最小距離為3.6 m。因此，煤柱寬度由55.4～3.6m，其中353.5～403.5 m范圍是噴漿段（見圖1）。該段巷道掘進(jìn)寬度5500mm，高度3800mm，掘進(jìn)斷面為20.9 m2，凈斷面為19.8m2，巷道沿底板掘進(jìn)，頂煤8.3 m。

圖1 巷道布置

2 窄煤柱護(hù)巷圍巖變形因素分析

2.1 強(qiáng)回采動(dòng)壓影響

塔山礦主采3#～5#煤層為特厚煤層，5204-2順槽西南部為8204工作面采空區(qū)，8204工作面采用放頂煤開采，由于其回采煤層厚度大，必然會(huì)引起上覆巖層大范圍移動(dòng)，工作面老頂發(fā)生大范圍的回轉(zhuǎn)變形，產(chǎn)生強(qiáng)烈的動(dòng)壓現(xiàn)象，且側(cè)向支承壓力影響范圍增大，工作面?zhèn)葞兔后w長(zhǎng)時(shí)間承受采動(dòng)壓力的影響，煤體發(fā)生變形破壞。

2.2 掘進(jìn)動(dòng)壓影響

5204-2順槽掘進(jìn)寬5500mm，高3800 mm，掘進(jìn)斷面為20.9 m2，沿空掘進(jìn)，巷道掘進(jìn)過程中會(huì)產(chǎn)生掘進(jìn)動(dòng)壓影響，由于巷道斷面大，導(dǎo)致巷道圍巖塑性破壞范圍增大，也會(huì)引起圍巖應(yīng)力環(huán)境惡化，誘發(fā)巷道頂板煤巖層內(nèi)拉應(yīng)力提高，增加了沒巖層離層、冒落風(fēng)險(xiǎn)［4］。

2.3 錨桿支護(hù)質(zhì)量

由于5204-2順槽在正巷76.6～403.5m范圍，煤柱寬度由55.4m逐漸減小到3.6 m，在工作面動(dòng)壓和掘進(jìn)動(dòng)壓共同影響下，煤柱內(nèi)離層裂隙發(fā)育，煤柱變小時(shí)則完全處于塑性區(qū)范圍內(nèi)。煤柱煤體的塑性破壞，易導(dǎo)致錨桿錨固松動(dòng)，造成錨桿支護(hù)失效，支護(hù)對(duì)煤柱變形約束性能弱化［5］。

3 巷道圍巖控制技術(shù)

通過對(duì)5204-2巷圍巖變形原因分析，為保證巷道圍巖穩(wěn)定，結(jié)合礦井現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，提出以下控制措施：

1）強(qiáng)化施工管理，杜絕巷道超挖。由于5204-2順槽距8204工作面采空區(qū)最小距離為3.6 m，因此，5204-2順槽掘進(jìn)距中部切眼50 m，即353.5～403.5 m范圍，應(yīng)及時(shí)放線，準(zhǔn)確控制巷道走向，防止偏差；每循環(huán)割煤前畫輪廓線時(shí)，巷中距左幫尺寸縮小100 mm，割煤后不符合設(shè)計(jì)尺寸處采用人工風(fēng)鎬刷擴(kuò)。

2）調(diào)整施工順序，及時(shí)進(jìn)行支護(hù)。掘進(jìn)至中部切眼位置時(shí)，巷道掘進(jìn)寬度按照5204-2寬度掘進(jìn)，預(yù)留絞車硐室暫不掘進(jìn)，并及時(shí)噴漿封閉，防止幫部煤層風(fēng)化。待中部切眼擴(kuò)切后方可施工絞車硐室，絞車硐室采用人工刷擴(kuò)，每排刷擴(kuò)后立即支護(hù)。

3）施工混泥土墻，提高支護(hù)強(qiáng)度。由于中部切眼絞車硐室施工后，其距8204采空區(qū)最小距離為3.6 m，有其煤柱極窄，煤柱在采動(dòng)壓力影響下煤體裂隙極其發(fā)育，承載強(qiáng)度低，為提高煤柱護(hù)巷效果，在施工完絞車硐室后立即施工混泥土墻，保護(hù)煤柱，混泥土墻和煤柱共同承載，降低動(dòng)壓對(duì)煤柱的影響。

4）優(yōu)化錨桿支護(hù)。錨桿支護(hù)是巷道支護(hù)的主體，通過錨桿的作用，調(diào)動(dòng)圍巖自身承載能力，時(shí)期與圍巖共同承載，從而達(dá)到控制巷道圍巖的目的，因此優(yōu)化巷道錨桿支護(hù)有著至關(guān)重要的作用。

5）建立長(zhǎng)效監(jiān)測(cè)監(jiān)控體系，及時(shí)補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)。生產(chǎn)技術(shù)部、掘進(jìn)管理部及施工隊(duì)組定期對(duì)窄煤柱區(qū)域巷道圍巖變形，錨桿錨索受力情況進(jìn)行觀測(cè)，巷道圍巖變形大、錨桿（索）失效時(shí)應(yīng)加強(qiáng)支護(hù)，補(bǔ)打錨桿（索）。

4 錨桿支護(hù)參數(shù)

5204-2順槽煤柱變化區(qū)域采用錨桿+錨索+鋼帶+鋼護(hù)板+金屬網(wǎng)支護(hù)，在距中部切眼50 m開始采用強(qiáng)度為C20的混泥土及時(shí)噴漿封閉圍巖，全斷面噴漿厚度100mm，地坪厚度200 mm。

4.1 正常段支護(hù)參數(shù)

（1）頂板支護(hù)

頂錨桿采用Φ22 mm、L=2500 mm左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，排間距1800mm×900 mm，配套規(guī)格為4800mm×280mm×3.75mm的W鋼帶，托板采用150mm×150mm×10mm高強(qiáng)度拱形托板，錨桿采用加長(zhǎng)錨固，頂錨桿采用兩支樹脂藥卷，一支為MSK2335，另外一支為MSZ2360，上部快速、下部中速，頂錨桿錨固長(zhǎng)度不小于1.4 m，錨固力要求不低于80 kN；錨索采用Φ=21.8 mm、長(zhǎng)度L=8300/6300 mm，JW鋼帶規(guī)格為5000mm×330 mm×6mm，排間距1800mm×900 mm，配套托盤規(guī)格200mm×200mm×12 mm，錨索采用端頭錨固，采用三支樹脂藥卷，一支MSK2335，兩支為MSZ2360，Φ21.8 mm錨固長(zhǎng)度不小于1.78 m；頂部增加組合錨索（五眼）支護(hù)，排間距1800 mm×1800 mm，每排施工三組。鋼絞線Φ=21.8 mm，中間錨索L=10300mm，對(duì)角錨索分別為L(zhǎng)=8300 mm、L=6300 mm，托板采用600mm×600mm×16 mm的普通方形鐵托板。采用網(wǎng)格為50mm×50 mm菱形金屬網(wǎng)護(hù)頂（見圖2）。

圖2 巷道頂板支護(hù)

（2）巷幫支護(hù)

兩幫支護(hù)上部采用三根Φ21.8 mm×5300 mm錨索，最上部?jī)筛^索配套規(guī)格1400mm×330 mm×6mm的JW鋼帶和200mm×200mm×12mm托盤支護(hù)；第三根采用單體錨索配套300 mm×300 mm×14mm高強(qiáng)度拱形托盤支護(hù)；最底部一根采用Φ22 mm×2500mm左旋無縱筋螺紋鋼錨桿支護(hù)，W鋼護(hù)板規(guī)格為450mm×280mm×4.75 mm，托板采用150mm×150mm×10mm高強(qiáng)度拱形托板，排間距900mm×900 mm；巷道兩側(cè)打設(shè)Φ=21.8 mm、長(zhǎng)度L=5300mm的錨索，排距為1800 mm，托梁采用600mm的11#礦用工字鋼。幫錨桿采用一支樹脂藥卷，為MSZ2360，幫錨桿錨固長(zhǎng)度不小于0.9m，錨固力不低于6 kN，頂幫預(yù)緊力矩不小于200N·m。采用網(wǎng)格為70mm×70mm菱形金屬網(wǎng)護(hù)幫（見圖3）。

圖3 巷道幫部支護(hù)

4.2 特殊段支護(hù)參數(shù)

（1）圍巖破碎段

巷道頂幫破碎區(qū)域，打設(shè)3000 mm長(zhǎng)的超前鋼針，鋼針每循環(huán)1800mm打設(shè)一組、間距200mm布置。頂部錨桿全部調(diào)整為錨索。錨索采用Φ=21.8 mm、長(zhǎng)度L=8300/6300mm，配JW鋼帶規(guī)格為4500 mm×330mm×6mm，排間距900mm×1000 mm，錨索配套托板規(guī)格200mm×200mm×12 mm。

（2）煤柱極窄區(qū)域

巷道掘進(jìn)至煤柱距離6～7.5 m對(duì)應(yīng)位置時(shí)，由于煤柱變窄，為保證支護(hù)質(zhì)量，調(diào)整該區(qū)域錨索支護(hù)參數(shù)，前掘方向巷道左幫采取Φ21.8 mm×4300 mm錨索支護(hù)，其余參數(shù)不變。

5 支護(hù)效果

通過后期對(duì)巷道圍巖變形和錨桿（索）受力觀測(cè)，及時(shí)對(duì)失效錨桿（索）進(jìn)行補(bǔ)打，保證巷道支護(hù)效果。觀測(cè)表明，塔山煤礦5204-2順槽采取以上控制措施后，巷道圍巖變形得到有效控制，該區(qū)域巷道頂?shù)装逡平孔畲鬄?95 mm，兩幫最大收斂變形量為268 mm，完全滿足巷道安全生產(chǎn)要求。

6 結(jié)語(yǔ)

1）鄰近工作面強(qiáng)動(dòng)壓與大斷面巷道掘進(jìn)動(dòng)壓疊加作用，導(dǎo)致了煤柱裂隙發(fā)育，整體性差，從而使得錨桿支護(hù)質(zhì)量降低，產(chǎn)生錨桿失效現(xiàn)象，形成惡性循環(huán)。

2）強(qiáng)化施工管理，杜絕巷道超挖，保證護(hù)巷煤柱尺寸，在施工時(shí)及時(shí)進(jìn)行支護(hù)，噴漿封閉防止圍巖風(fēng)化破壞，形成錨桿支護(hù)與圍巖的統(tǒng)一承載體，并在絞車硐室極窄煤柱區(qū)域施工混泥土墻與煤柱共同承載，建立長(zhǎng)效監(jiān)測(cè)監(jiān)控體系，及時(shí)補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，是窄煤柱巷道圍巖控制的關(guān)鍵。