軟弱泥巖頂?shù)装鍡l件下巷道支護(hù)技術(shù)研究與實(shí)踐

王 挺

（霍州煤電集團(tuán)有限責(zé)任公司辛置煤礦山西 031412）

霍州煤電集團(tuán)有限責(zé)任公司辛置煤礦450水平軌道巷所處的圍巖巖性主要為泥巖等軟弱巖體，在開(kāi)挖支護(hù)完成以后，由于巖性本身軟弱和周?chē)夭尚袨榈挠绊?，巷道大面積的出現(xiàn)底鼓和巷幫移近變形，每年需要進(jìn)行一到兩次的全面翻修工程，在翻修期間，巷道運(yùn)輸受到嚴(yán)重制約，影響著礦井的生產(chǎn)。因此，為了礦井的安全生產(chǎn)和正常運(yùn)轉(zhuǎn)，研究軟弱圍巖巷道的支護(hù)體系和有效的支護(hù)方法，提高圍巖自身承載能力，對(duì)450水平軌道巷變形直到破壞的變化規(guī)律進(jìn)行掌握和分析，達(dá)到控制巷道支護(hù)穩(wěn)定的目的。

1 概況

辛置礦原煤核定生產(chǎn)能力280 萬(wàn)噸/年，井田面積52 km2，共有6 個(gè)可采煤層;其中穩(wěn)定可采煤層為2#、10#、11#煤層。開(kāi)采煤層為2#煤，煤層直接頂為0～7.5 m厚（平均4 m）的砂質(zhì)泥巖，直接底為4.0 m～6.5 m厚（平均4.5 m）的泥巖，普氏硬度2.5～3.5，埋深達(dá)400 m以上。南區(qū)大部分開(kāi)拓巷道、準(zhǔn)備巷道和回采巷道屬于軟巖巷道，巷道變形嚴(yán)重，影響了巷道的正常使用。

辛置煤礦450水平軌道巷施工2 800 m后，由于巷道圍巖強(qiáng)度的弱化，導(dǎo)致水平大巷變形150 mm～350 mm，局部出現(xiàn)開(kāi)裂、脫落，尤其在火藥庫(kù)、大巷水倉(cāng)附近交叉口大斷面巷道南北兩側(cè)首先出現(xiàn)嚴(yán)重底鼓現(xiàn)象，接著兩幫出現(xiàn)較大移近，幫部混凝土就出現(xiàn)開(kāi)裂，嚴(yán)重區(qū)域在六個(gè)月的時(shí)間內(nèi)逐步由細(xì)小裂縫擴(kuò)展成三到五厘米寬的開(kāi)口，混凝土表面出現(xiàn)脫落現(xiàn)象，特別是火藥庫(kù)南北兩側(cè)變形加大。其變形破壞特征表現(xiàn)形式是：巷道表層的混凝土層開(kāi)裂、掉落、整片掉頂，其厚度達(dá)550 mm～1 500 mm，碹體也發(fā)生局部裂縫增大，掉落；墻體內(nèi)移，位移量900 mm～2 000 mm，致使鄰近的候車(chē)站臺(tái)、通道和變電所遭受擠壓、變形嚴(yán)重，巷道普遍出現(xiàn)底鼓，臨近采區(qū)附近巷道底鼓量最大能達(dá)2 800 mm，平均底鼓2 000 mm；巷道兩幫回縮變形達(dá)到1 500 mm以上。

圖1 450水平軌道巷和火藥庫(kù)交叉口巷道破壞圖

2 巷道支護(hù)方案優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.1 原有支護(hù)方案

（1）巷道斷面設(shè)計(jì)

450 水平軌道巷為矩形斷面，掘?qū)?.54 m，凈寬5.3m，掘高4.32m，凈高4.2m，掘進(jìn)斷面23.93m2，凈斷面23.26m2。

巷道原支護(hù)形式采用復(fù)合支護(hù)，支護(hù)方式見(jiàn)圖2：

頂部采用φ22×2 500 mm左旋高強(qiáng)錨桿，配合高強(qiáng)托板調(diào)心球墊和1010尼龍墊圈，托盤(pán)采用方形高強(qiáng)度拱形托盤(pán)，托盤(pán)為150 mm×150 mm×10 mm；每排8根，排間距為800 mm×750 mm，每孔使用1條Z2388型和1條CK2360型樹(shù)脂錨固劑；選用直徑φ12的鋼筋焊接而成，桁架寬度為80 mm，長(zhǎng)度為5 250 mm，錨桿孔中心間距為750 mm。頂錨索選用φ21.6×8 500 mm，配合300 mm×300 mm×16 mm 方形高強(qiáng)度拱型錨索托盤(pán)及配套鎖具；每孔使用1 條CK2360 型和2 條Z2388 型樹(shù)脂錨固劑。錨索“四×三”布置，排距1 600 mm，四根時(shí)間距1 200 mm，三根時(shí)間距1 600 mm。

幫部采用φ22×2 500 mm左旋高強(qiáng)錨桿，配合高強(qiáng)托板調(diào)心球墊和1010尼龍墊圈，托盤(pán)采用方形高強(qiáng)度拱形托盤(pán)，托盤(pán)為150 mm×150 mm×10 mm，采用W 型鋼護(hù)板，每排5根，最上一根錨桿距頂400 mm布置，排間距為800 mm×900 mm，每孔使用1條Z2388型和1條CK2360型樹(shù)脂錨固劑；幫部不使用桁架。幫錨索選用φ21.6×4 300 mm錨索，配合300 mm×300 mm×16 mm方形高強(qiáng)度拱型錨索托盤(pán)及配套鎖具，每孔使用1 條CK2360 型和2 條Z2388 型樹(shù)脂錨固劑；兩幫距頂1 m處，距底1.7 m 處各施工一根，排間距為1 600 mm×1 600 mm。巷道頂幫均鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)（1.54 m×0.94 m）。

圖2 原有支護(hù)方式

（2）支護(hù)方案存在的問(wèn)題

450巷道位于軟弱圍巖區(qū)，應(yīng)該從頂、幫和底三個(gè)方面全方位考慮支護(hù)控制方案，而原有支護(hù)方案中僅僅考慮了頂和幫，對(duì)于底板則沒(méi)有進(jìn)行相應(yīng)的支護(hù)措施。底板嚴(yán)重鼓起后，導(dǎo)致兩幫支承壓力的承載點(diǎn)發(fā)生變化，支承力逐漸不能滿足保持巷道穩(wěn)定的要求，致使巷道兩幫發(fā)生破壞。

2.2 試驗(yàn)巷道圍巖支護(hù)方案優(yōu)化設(shè)計(jì)

（1）支護(hù)方案設(shè)計(jì)

試驗(yàn)段巷道200 m，采用“錨桿、錨索、金屬網(wǎng)、噴漿、錨注”的支護(hù)方式，即在原來(lái)支護(hù)形式的基礎(chǔ)上，在巷道頂幫噴100 mm 混凝土層，目的是封閉圍巖，防止圍巖遇水膨脹和風(fēng)化。在原有巷道的錨桿中間，每隔1個(gè)錨桿布置一個(gè)φ25×2 500 mm自進(jìn)式錨桿（型號(hào)為ZJS25），實(shí)現(xiàn)圍巖注漿的目的。頂板自進(jìn)式錨桿間距1 500 mm，排距1 600 mm；巷幫自進(jìn)式錨桿間距1 800 mm，排距1 600 mm。優(yōu)化支護(hù)方式見(jiàn)圖3。

圖3 優(yōu)化支護(hù)方式

（2）工藝設(shè)計(jì)

巷道擴(kuò)面施工工藝與原施工工藝相同，巷道擴(kuò)面后，首先噴射50 mm混凝土，包括巷道底板也同時(shí)進(jìn)行混凝土噴射，以保證及時(shí)支護(hù)頂板，同時(shí)便于鉆機(jī)、注漿泵等施工機(jī)械的安裝，并作為錨桿注漿的止?jié){墻。普通錨桿施工4排之后，進(jìn)行自進(jìn)式錨桿施工。即每4排進(jìn)行一次注漿（注漿采用20%脲醛樹(shù)脂的化學(xué)漿液），注漿后再噴50 mm 混凝土。在原有工藝的基礎(chǔ)上，增加了自進(jìn)式錨桿的施工，施工工藝流程見(jiàn)圖4：

圖4 自進(jìn)式錨桿施工工藝流程圖

3 試驗(yàn)巷道數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)

數(shù)據(jù)觀測(cè)：巷道支護(hù)結(jié)束后，于2016 年3 月10 日在450水平軌道巷安裝監(jiān)測(cè)站，共安裝2組檢測(cè)站點(diǎn)，間距為50 m，分別為1#監(jiān)測(cè)站點(diǎn)和2#監(jiān)測(cè)站點(diǎn)，每周觀測(cè)、記錄一次結(jié)果。如表1所示。

表1 450水平軌道巷表面位移檢測(cè)站點(diǎn)觀測(cè)記錄

4 結(jié)論

從觀測(cè)結(jié)果可以看出巷道兩幫及頂?shù)装逵休^小的回縮，但不影響巷道正常使用。辛置煤礦450 水平軌道巷受地壓、采動(dòng)影響嚴(yán)重，地質(zhì)條件復(fù)雜，以前采取“錨桿、錨索、金屬網(wǎng)”支護(hù)，現(xiàn)在采用“錨桿、錨索、金屬網(wǎng)、噴漿、錨注”支護(hù)方式，巷道回縮較小，不影響巷道正常使用，這說(shuō)明注漿錨桿支護(hù)是一種能夠適應(yīng)受地壓、采動(dòng)影響嚴(yán)重，地質(zhì)條件復(fù)雜的巷道的新型支護(hù)方式。試驗(yàn)取得了良好的效果。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，本文針對(duì)450水平軌道巷巷幫、頂?shù)装遄冃问湛s現(xiàn)象，介紹了支護(hù)優(yōu)化試驗(yàn)方案，研究了注漿對(duì)巖體性能的影響，并對(duì)注漿材料做了對(duì)比和選擇，認(rèn)為可以起到加固、形成整體維護(hù)圍巖狀態(tài)完整的效果，在優(yōu)化支護(hù)方案里增加了注漿工序，預(yù)期對(duì)目前巷道回縮變形達(dá)到有效控制。通過(guò)支護(hù)方案優(yōu)化，巷道安全狀況會(huì)得到充分的保障，可以有效防止巷道頂板事故的發(fā)生，減少事故造成的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。同時(shí)，改善了井下工人的工作環(huán)境、降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，穩(wěn)定了職工情緒，調(diào)動(dòng)了職工積極性，提高了礦區(qū)經(jīng)濟(jì)效益。