輔助運輸巷過破碎帶圍巖控制技術優(yōu)化

楊 濤

（霍州煤電集團呂梁山煤電有限公司木瓜煤礦，山西 方山 033100）

巷道圍巖控制在煤礦開采當中具有舉足輕重的位置[1]。木瓜煤礦南翼下組煤輔助運輸巷穿破碎帶區(qū)域圍巖松散破碎，采取錨桿索支護沒有很好地發(fā)揮其作用。巷道圍巖注漿[2]是一種主動加強圍巖穩(wěn)定、提高強度的方法，注漿技術不僅可以改善圍巖物理力學性質，還能提高巷道圍巖整體性能，能夠有效阻止巷道變形，破碎圍巖采用注漿加固技術[3]效果比較理想。通過優(yōu)化改進南翼下組煤輔助運輸巷的支護方案，并結合現(xiàn)在注漿圍巖加固技術，對輔助運輸巷穿破碎圍巖帶支護進行優(yōu)化設計。

1 工程概況

南翼下組煤輔助運輸巷位于南區(qū)集中開拓大巷東側，工作面以北35m為左翼下組煤皮帶巷，以北70m為下組煤回風巷，東部末端至井田內(nèi)部為推測風氧化帶。南翼下組煤輔助運輸巷布置在石炭系下統(tǒng)太原組的9#、10#煤層中，煤巖層賦存較穩(wěn)定。南翼下組煤輔助巷從集中大巷末端后216m處開口，位于采區(qū)中部，沿東西方向布置，開口穿層見9#煤頂板后沿煤層頂板掘進。工作面標高范圍在+794～+890m，地面標高范圍+1035～ +1165m，蓋山厚度為241～275m。南翼下組煤輔助運輸巷上部直接頂為灰色沙質頁巖，層狀結構，厚約1.20～2.0m，基本頂為黑灰色石灰?guī)r，底板為黑色沙質頁巖，厚約2.60m。

南翼下組煤輔助運輸巷有大約10～20m破碎帶，現(xiàn)在采用的錨桿索聯(lián)合支護，在該破碎區(qū)域巷道變形較為嚴重。該區(qū)域原設計采用的是錨桿+金屬網(wǎng)+W鋼帶+錨索聯(lián)合支護方案，具體支護方案見表1所示。

南翼下組煤輔助運輸巷遇見的松散破碎圍巖帶頂板存在高原巖應力，致使南翼下組煤輔助運輸巷穿破碎帶區(qū)域變形嚴重，位移量超出了圍巖控制范圍。若支護方式、支護強度不及時優(yōu)化，此松軟破碎軟弱巷道在采動影響和地應力雙重作用下，極易發(fā)生巷道頂板冒落、兩幫垮塌、強烈底鼓等危險情況，使得巷道服務年限達不到使用要求，巷道形成一種修護—破壞變形—繼續(xù)翻修—繼續(xù)破壞的惡性循環(huán)[4]現(xiàn)象。

表1 巷道支護方案

2 優(yōu)化支護方案

2.1 優(yōu)化支護方案

為了解決目前巷道穿圍巖破碎帶支護強度不夠的問題，決定在南翼下組煤輔助運輸巷過破碎帶采用基本支護+加強支護。其中，錨桿+金屬網(wǎng)+W鋼帶稱為基本支護方式，錨注+快速承載預應力錨索稱為加強支護方式。巷道穿破碎帶區(qū)域在錨桿索聯(lián)合支護的基礎上進行圍巖注漿加固二次支護。

巷道頂板支護材料選擇Ф22×2400mm的高強螺紋鋼錨桿，間排距為800×800mm，靠近巷幫側錨桿與巷道頂板垂直方向的夾角為20°；頂錨索材料選擇Ф17.8×7500mm的預緊力鋼絞線，間排距為1600×800mm，采用五花布置；兩幫錨桿材料選擇Ф20×2000mm的高強螺紋鋼錨桿，間排距為750×800mm，靠近頂板處的錨桿與巷幫垂直方向的夾角20°，靠近底板處的錨桿與巷幫垂直方向的夾角30°；巷道兩幫及頂板注漿錨桿采用Ф25×2600mm中空螺紋鋼，排距為1600mm。其余W鋼帶、樹脂藥卷、菱形金屬網(wǎng)等材料配合支護。

在回采之前對破碎圍巖帶采用二次注漿加固。注漿加固的實質就是將滲透性強的漿液注入破碎的圍巖裂隙內(nèi)，利用漿液的骨架和密實作用將破碎圍巖整合成為一個整體，改善圍巖的力學性能，提高其承載能力。本次注漿加固是一種新型地質聚合物注漿材料，主要成分為超細水泥和二水石膏，具有不可燃，較強的可注性，可與高分子材料相媲美，其強度和與煤體粘接性較好。呈固體粉末狀，是一種快凝、早強型無機雙液注漿材料，分為A型和B型，兩種漿液在混合前，6h內(nèi)不凝固、不泌水、不沉淀，注漿時水灰比使用0.8:1，注漿液由注漿錨桿注入破碎圍巖中，混合后3～5min失去流動性，10～15min開始固化。

南翼下組煤輔助運輸巷過破碎帶采用改進后的支護設計平剖面圖見圖1所示。

圖1 輔助巷破碎帶優(yōu)化后的支護圖

2.2 支護效果

為了觀察輔助巷破碎帶優(yōu)化后的支護效果，在該巷道的破碎帶進行了礦壓觀測。運用改進的“十”字交叉法，在巷道穿破碎帶位置布置測試表面位移的測試站點，取其中具有代表性的測試點進行分析。監(jiān)測測試站點的巷道表面位移量和圍巖變形速率見圖2和圖3。

根據(jù)測站的實際觀測兩幫移近量及頂?shù)装逡平康淖兓瘓D得到：隨著觀測天數(shù)的增加，巷道的圍巖變形先快后慢，最終于第50d時逐漸趨于穩(wěn)定；由監(jiān)測所得數(shù)據(jù)知，測試站點兩幫移近量為0.123m，底板移近量為0.221m。由此看出，優(yōu)化支護方案達到了有效控制輔助巷過破碎帶的變形量的目的，使巷道的正常使用得到了保證。從而得出南翼下組煤輔助運輸巷過破碎帶采取優(yōu)化改進后的支護方案可行。

圖2 巷道圍巖位移監(jiān)測數(shù)據(jù)變化圖

3 結論

在掘進通過破碎構造帶時，優(yōu)化錨桿+金屬網(wǎng)+W鋼帶+錨索聯(lián)合支護方案，采取基本支護+加強支護的方案，即錨桿+金屬網(wǎng)+W鋼帶為基本支護，錨注+快速承載預應力錨索為加強支護，有效地遏制了巷道變形破壞，確保了礦井安全生產(chǎn)。

圖3 巷道圍巖變形速率監(jiān)測數(shù)據(jù)變化圖