二次動壓巷道支護(hù)優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用

姜 澤

（山西焦煤集團(tuán)有限公司東曲煤礦，山西 太原 030200）

東曲礦二采區(qū)8#煤工作面一般采用“一進(jìn)一回、一面四巷”的巷道布置方式，分別為進(jìn)風(fēng)順槽、回風(fēng)順槽和走向高抽巷、低位抽采巷，其中，進(jìn)風(fēng)、回風(fēng)順槽和低位抽采巷為煤巷，高抽巷為巖巷。掘進(jìn)期間，煤巷掘進(jìn)通常采用雙巷掘進(jìn)方式，同時掘進(jìn)兩條煤巷。28206工作面回風(fēng)巷與鄰近工作面進(jìn)風(fēng)巷之間以25m煤柱相隔，鄰近工作面進(jìn)風(fēng)巷除作為掘進(jìn)通風(fēng)巷以外，主要在上一工作面回采結(jié)束后，作為鄰近的下一工作面進(jìn)風(fēng)巷繼續(xù)使用。

根據(jù)前期生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，由于該巷道多次受到采動影響，變形比較劇烈，巷道兩幫、巷道底板情況最差，變形量比較大，兩幫移近最大l650mm，底鼓量最大1370mm，巷道斷面不能滿足生產(chǎn)需要。

1 試驗(yàn)巷道生產(chǎn)條件及地質(zhì)情況

28206工作面開采煤層為8#煤層，屬穩(wěn)定大部可采的厚煤層，煤質(zhì)松軟、煤層厚度較穩(wěn)定，平均煤厚5.11m，煤層夾矸為泥巖，平均厚度1.3m，煤層傾角為0～9°，平均傾角為3.5°。

由28206工作面內(nèi)鉆孔資料可知：8#煤層直接頂板為K2下石灰?guī)r，局部有薄層炭質(zhì)泥巖偽頂，底板為泥巖、砂質(zhì)泥巖，局部為粉砂巖或細(xì)粒砂巖。

28206進(jìn)風(fēng)巷與28204工作面之間留設(shè)25m煤柱，巷道沿8#煤層頂板掘進(jìn)，巷道斷面為矩形，高3.7m，寬5.0m，斷面積18.5m2。但巷道受到28204工作面回采影響，巷道圍巖應(yīng)力出現(xiàn)不平衡狀態(tài)，巷道底板和煤柱幫變形較大，影響尤其嚴(yán)重，28206、28204工作面位置關(guān)系如圖1所示。

圖1 28204、28206工作面平面圖

2 二次動壓巷道破碎松動圈范圍研究

巷道掘進(jìn)期間，圍巖松動圈范圍的大小在很大程度上決定了圍巖的破壞程度。圍巖松動圈范圍越大，巷道破壞范圍及破壞程度越嚴(yán)重，巷道變形相應(yīng)越大。為合理優(yōu)化、改進(jìn)支護(hù)設(shè)計(jì)方案，選擇鉆孔窺視儀對28206進(jìn)風(fēng)順槽圍巖松動、破壞范圍進(jìn)行探視研究，通過直接觀測的方法確定松動圈的破壞范圍。測試地點(diǎn)距掘進(jìn)掌頭20m，測站處斷面布置如圖2所示。

圖2 28206進(jìn)風(fēng)巷鉆孔布置示意圖（mm）

1#和2#鉆孔位于28206進(jìn)風(fēng)巷北幫，靠近28204工作面采空區(qū)。

窺視結(jié)果如下：

（1）從北幫1#和2#鉆孔可知，在煤體0.6～1.9m的距離范圍內(nèi)，破裂程度較高；4.2～4.4m范圍內(nèi)，圍巖破壞程度較高；4.8m范圍以外，圍巖破碎程度開始下降；在5.9m以上時，圍巖完整?？膳袛啾睅蛧鷰r松動圈大小在3.3m左右。

（2）從南幫4#和5#鉆孔可知，在0.5m范圍內(nèi)，圍巖嚴(yán)重破壞；1.0～3.0m范圍內(nèi)，出現(xiàn)差異分界面；大約3.5m時，破碎程度開始下降?？傻弥蠋退蓜尤Υ笮》秶?.2m左右。

（3）從頂板3#鉆孔觀測可知，在1.0～2.4m范圍內(nèi)，圍巖出現(xiàn)微小裂隙，隨著范圍的進(jìn)一步擴(kuò)大，圍巖深處觀測不到明顯裂隙。因此，判斷頂板松動圈大小為1.3m。

3 支護(hù)參數(shù)優(yōu)化方案

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)研和初步分析，28206進(jìn)風(fēng)巷支護(hù)應(yīng)嚴(yán)格注意兩處，巷道頂板和兩幫及底角，巷道北幫的完整性維護(hù)是支護(hù)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。因此，巷道支護(hù)設(shè)計(jì)應(yīng)著重實(shí)現(xiàn)：提高巷道頂板的支護(hù)強(qiáng)度，進(jìn)一步控制頂板下沉，重點(diǎn)加強(qiáng)對靠近采空區(qū)側(cè)的一幫支護(hù)強(qiáng)度，強(qiáng)化護(hù)巷煤柱的承載能力。優(yōu)化后支護(hù)方式及參數(shù)如下：

①頂板采用高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)、W型鋼帶、金屬網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)；

②兩幫采用高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力錨桿、鋼帶、金屬網(wǎng)加強(qiáng)支護(hù)：兩幫采用“三高”錨桿、鋼筋鋼帶、金屬網(wǎng)或鋼筋網(wǎng)聯(lián)合預(yù)拉力鋼絞線支護(hù)；

③28204工作面生產(chǎn)完成后，針對28206進(jìn)、回風(fēng)變形較大或不能使用的巷道進(jìn)行適當(dāng)刷大和二次加固。

④始支護(hù)設(shè)計(jì)及支護(hù)參數(shù)。頂部：頂板每排3根Φ17.8mm，L6200mm的錨索，錨索間距1000mm?？紤]到施工進(jìn)度和巷道服務(wù)期限的關(guān)系，具體施工時每排錨索布置3根，錨索間距1000mm、2000m，排距1000mm。

兩幫支護(hù)：因?yàn)?8206進(jìn)風(fēng)巷采高大、巷道斷面較大、煤層厚度大，考慮初始支護(hù)設(shè)計(jì)中兩幫4根錨桿用一條鋼筋梯子梁連接，實(shí)際操作很困難、施工效果差、錨桿失效率高的問題，在巷道掘進(jìn)過程中，提出了兩幫采用“3+1”的錨桿支護(hù)形式，即兩幫上部3根錨桿通過Φ14mm的鋼筋梯子梁連接，兩幫底角采用單根錨桿支護(hù)。兩幫錨桿在安裝梯子梁之前各加一塊400mm×280mm×4mm鋼托板，增加護(hù)表面積，提高支護(hù)效果。

加固優(yōu)化方案：在原支護(hù)方案的基礎(chǔ)上，確定采用Φ21.8mm，長度8200mm的十九股高強(qiáng)度低松弛高預(yù)應(yīng)力鋼絞線對頂板進(jìn)行加固，采用Φ17.8mm、長度4200mm 的九股高強(qiáng)度低松弛高預(yù)應(yīng)力鋼絞線對兩幫進(jìn)行加固。

4 現(xiàn)場試驗(yàn)

在采用頂板、兩幫加固和補(bǔ)強(qiáng)方案后，28206進(jìn)風(fēng)巷掘進(jìn)期間兩幫相對移近量為120～130mm，巷道頂、底板變形量為140～160mm，巷道底鼓較大，但可以滿足生產(chǎn)需要，巷道表面位移的關(guān)系見圖3。

由圖可見，28206進(jìn)風(fēng)巷變形量的大小逐漸增加，而變形速度卻是逐漸變?。幌锏谰蜻M(jìn)30d后，巷道變形量逐漸增大；掘進(jìn)40d后，巷道圍巖趨于穩(wěn)定；頂?shù)装逑鄬σ平亢蛢蓭拖鄬σ平孔兓厔莼鞠嗤?。但?～20d內(nèi)瓦排尾巷以兩幫變形為主，20d后頂?shù)紫鄬σ七M(jìn)量超過兩幫變形量，主要表現(xiàn)為巷道底鼓。根據(jù)開采經(jīng)驗(yàn)及礦壓觀測數(shù)據(jù)，28204工作面回采時，28206進(jìn)風(fēng)巷底鼓會比較嚴(yán)重，需要在工作面回采前采取控制底鼓的措施。

圖3 掘進(jìn)期間28206進(jìn)風(fēng)巷表面位移曲線

5 結(jié)論

（1） 通過對動壓巷道松動圈的觀測研究，分析判斷深部圍巖與淺部圍巖以同步變形為主，頂板深部較淺部離層范圍較大。

（2） 以高預(yù)應(yīng)力錨索、高強(qiáng)度左旋螺紋鋼錨桿、W鋼帶、大面積護(hù)幫托板為基本支護(hù)材料，通過加強(qiáng)幫部的小孔徑強(qiáng)力錨索，共同提高煤柱的穩(wěn)定性，巷道圍巖整體承載能力大幅度提高，有效控制巷道圍巖變形過程。

（3） 實(shí)際礦壓觀測表明，對于二次動壓巷道的支護(hù)設(shè)計(jì)不僅能夠滿足掘進(jìn)需要，通過加強(qiáng)支護(hù)、局部刷巷等補(bǔ)修措施，回采期間，巷道變形可以得到良好的控制，保證了巷道的穩(wěn)定性，滿足回采正常使用。