近距離煤層采動影響下采區(qū)大巷圍巖控制技術(shù)研究

毋肖飛

（山西蘭花科創(chuàng)玉溪煤礦有限責任公司，山西 晉城 048000）

1 工程概況

山西蘭花集團蘆河煤業(yè)井田范圍內(nèi)主要開采3#和15#煤層，3#煤層位于山西組下部，緩傾斜煤層，傾角小于8°，煤層較為松軟；煤層埋深大約在500m～600m范圍，厚度在5.12～7.20m范圍，平均5.85m，平均含有一層夾矸，煤層直接頂為泥巖，均厚2.4m，基本頂為中粒砂巖，均厚為5.3m，直接底為泥巖，均厚1.5m，基本底為砂質(zhì)泥巖，均厚8.3m，3#煤層膠帶大巷沿基本底砂質(zhì)泥巖層底板板掘進，與煤層間的間距平均為6m，巷道斷面形狀為直墻半圓拱形，尺寸為寬×高=5000mm×4100mm，巷道原有支護方案采用U36型鋼進行架棚支護，棚距700mm。

3#煤層膠帶大巷在原有支護方案下，在上覆近距離煤層1301-1304回采工作面的采動影響下巷道出現(xiàn)圍巖變形量大等特征，1301-1304工作面與膠帶大巷間保護煤柱的寬度均為100m，現(xiàn)1301、1302工作面以回采完畢，根據(jù)1301、1302工作面采動影響下膠帶大巷圍巖變形特征的現(xiàn)場觀測，能夠?qū)⑾锏赖捻敯逯Ъ艹霈F(xiàn)破斷，兩幫支架向巷內(nèi)跪腿，底板底鼓嚴重，考慮到3#煤層膠帶大巷的用途及服務(wù)年限，急需采用有效的支護手段，有效控制巷道圍巖的變形。

圖1 巷道原有支護斷面圖

2 動壓巷道控制技術(shù)

2.1 巷道穩(wěn)定性影響因素分析

為保障3#煤層膠帶大巷圍巖的穩(wěn)定，現(xiàn)對回采動壓影響下，巷道圍巖變形量大的主要原因進行分析，主要原因如下：

1）由于巷道沿著基本底砂質(zhì)泥巖掘進，砂質(zhì)泥巖較為松軟，且巷道頂?shù)装鍘r層均為泥巖，巖層內(nèi)節(jié)理裂隙較為發(fā)育，進而導致圍巖易發(fā)生變形；

2）回采工作面的采動應(yīng)力影響，1301及1302工作面現(xiàn)已全部回采完畢，兩工作面的停采線與膠帶大巷的間距均為100m，在工作面回采完畢后，支承壓力通過保護煤柱向巷道方向傳遞，隨著保護煤柱的減小，受到的采動應(yīng)力影響會逐漸增大；

3）巷道原有支護設(shè)計不合理，原有支護采用U型鋼棚，能夠在提供一定的支護阻力，并提供一定的讓壓空間，但該種支護僅為一種被動的支護方式，不能提高圍巖的自我承載能力，且該種支護方式在采動影響下會出現(xiàn)結(jié)構(gòu)破壞嚴重，進而致使巷道圍巖破壞嚴重。

2.2 采場遠距離卸壓技術(shù)

采場遠距離卸壓保護技術(shù)的主要技術(shù)原理如下：通過在工作面前方的煤層內(nèi)開掘一條卸壓巷道，從而有效的切斷工作面超前支撐壓力向膠帶大巷的傳遞，進而有效的減小膠帶大巷所受到的圍巖應(yīng)力大小[1-2]，現(xiàn)以1304工作面為例，在工作面設(shè)計的停采線保護煤柱的內(nèi)部掘進卸壓巷道，從而有效的切斷超前支撐壓力對3#煤層膠帶大巷的影響。

根據(jù)蘆河煤業(yè)的1304工作面的具體地質(zhì)條件，工作面面長為220m，根據(jù)超前支承壓力的分布范圍，采用掘進機掘進出180m左右的卸壓巷道，確定在工作面停采前前方20m的煤柱內(nèi)，沿煤層頂板對掘出一條寬為20m，高為5.8m的卸壓巷道，具體卸壓巷的位置及各項參數(shù)如圖2所示，在進行卸壓的掘進作業(yè)時，為充分避開煤柱的支撐應(yīng)力，在超前工作面400m時開始掘進卸壓巷，在掘進作業(yè)時，采用兩臺鉆機對掘的方式，沿煤層頂板掘進，兩臺鉆機分別掘進90m，掘進作業(yè)沿寬度方向的間隔為800mm，共計進行7次的掘進作業(yè)，進而形成20m寬度的卸壓巷道區(qū)域。

圖2 采場遠距離卸壓巷道施工示意圖

2.3 關(guān)鍵層鉆孔爆破卸壓技術(shù)

在工作面停采線內(nèi)卸壓巷道掘進完成后，通過在膠帶順槽、軌道順槽及卸壓巷內(nèi)布置深孔爆破鉆孔，進行基本頂?shù)膹娭品彭斪鳂I(yè)，減小工作面回采過程中基本頂來壓對3#煤層膠帶大巷的破壞，根據(jù)類似工程經(jīng)驗及相關(guān)研究[3-4]，將深孔炮眼沿著上下兩層進行分布，將炮眼的終孔位置布置在基本頂中粒砂巖中，設(shè)置深孔炮眼水平間距為6m，上下分層的間距為2m，鉆孔孔徑為42mm，鉆孔的深度根據(jù)傾角的不同而不同，鉆孔深度在24m～26m設(shè)置炮孔的裝藥深度為14～16m，封孔長度為10m，具體深孔炮眼的布置形式如圖3所示。

圖3 基本頂強制切頂炮眼布置示意圖

3 巷道修復加固及效果

3.1 巷道修復加固方案

根據(jù)上述巷道圍巖變形特征的分析知，巷道頂板及兩幫變形較為嚴重，在1303、1304工作面的回采動壓影響下，巷道的變形將會更加嚴重，在充分考慮采用上述采場遠距離卸壓技術(shù)、關(guān)鍵層鉆孔爆破卸壓技術(shù)后，并結(jié)合預(yù)應(yīng)力錨索束及鉆孔卸壓技術(shù)的原理，對3#煤層膠帶大巷的修復方案進行具體設(shè)計，流程為巷道擴刷→架U型鋼棚→噴漿→淺孔注漿→打設(shè)幫頂長錨桿→進行底板錨注→進行幫頂深孔注漿→打設(shè)幫頂錨索。

1）巷道擴刷、架設(shè)U型鋼棚、噴漿。對3#煤層膠帶大巷進行擴刷作業(yè)，擴刷后的巷道寬度為5.7m，高度為4.6m，擴刷完成后再架設(shè)U型鋼棚，設(shè)置鋼棚間距為500mm，并在鋼棚之間增設(shè)6根拉桿，增加U型鋼棚間連接的整體性，對棚腿底板進行鋪料石穿鞋，料石的長×寬×厚=300mm×300mm×150mm；在U型鋼棚架設(shè)完畢后對巷道表面進行噴漿作業(yè)，噴漿作業(yè)緊跟擴刷作業(yè)進行，擴刷作業(yè)與噴漿作業(yè)間距小于5m，設(shè)置噴漿層的厚度為 70～100m。

2）淺部注漿作業(yè)。在進行3#煤層膠帶大巷的淺部注漿作業(yè)時，注漿材料使用425#普通硅酸鹽水泥，水灰比設(shè)置在0.85～1.0之間，進而有效對巷道松動圈范圍的破碎圍巖進行加固封堵，從而增強巖石自身的自穩(wěn)能力，淺部注漿作業(yè)在滯后擴刷迎頭4m的位置處開始施工，注漿作業(yè)時采用的注漿直徑為25mm，長度為1.2m的注漿花管，設(shè)置注漿壓力小于1MPa，巷道斷面內(nèi)設(shè)置7個淺部注漿孔，注漿孔的間排距為1800mm×1000mm，注漿作業(yè)時從巷道幫部開始注漿作業(yè)，幫部注漿作業(yè)完成后再進行頂板注漿作業(yè)，淺部充填注漿孔布置如圖4a)所示。

4）高性能超強錨桿支護。在巷道淺部圍巖注漿作業(yè)完成后，采用Φ22mm×3000mm的左旋無縱筋螺紋鋼錨桿對巷道頂板及兩幫進行支護作業(yè)，間排距為700mm×1000mm，錨桿的錨固形式為端頭錨固，預(yù)緊力不小于80kN，錨固力不低于150kN，并在巷道表面加設(shè)鋼筋網(wǎng)進行聯(lián)合支護，具體參數(shù)如圖4b）所示。

圖4 淺部注漿孔及高性能錨索布置形式

5）底板鉆孔卸壓聯(lián)合控制。針對3#煤層底板底鼓量較大的情況，現(xiàn)采用鉆孔聯(lián)合支護的形式對底板進行加固，先對底板的浮矸進行清理，在底板噴射一層混凝土，隨后施工注漿鉆孔，進行淺孔注漿作業(yè)，在注漿作業(yè)完成后施工卸壓鉆孔，再沿著卸壓鉆孔底部進行錨索孔的施工作業(yè)，鉆孔直徑為32mm，深度在2.5m～4.5m的范圍內(nèi)，隨后安裝直徑25mm的中空注漿錨索，長度為4500mm，通過注漿錨索向底板巖層內(nèi)注入美固364雙液化學漿，對底板圍巖裂隙進行充填，同時采用M型鋼帶及鋼筋網(wǎng)作為護表材料，將錨索連接成一個整體，具體底板支護方式如圖5a)所示。

6）幫部深孔注漿及錨索加固。在淺部注漿作業(yè)完成后，通過直徑25mm的中空注漿錨索，頂板注漿錨索長度為6000mm，幫部注漿錨索長度為4300mm，注漿錨索的間排距為1800mm×1000mm，注漿錨索采用水泥藥卷進行封孔作業(yè)，封孔長度為1600mm，設(shè)置注漿壓力為3MPa，注漿材料為水泥水玻璃雙液漿，通過在頂板及幫部布置7套中空注漿錨索對深部圍巖進行加固，并對關(guān)鍵部位加強支護，如圖5b所示。

圖5 巷道底板鉆孔卸壓聯(lián)合支護及深部注漿錨索支護

3.2 修復加固效果分析

為驗證3#煤層膠帶大巷在采用采場遠距離卸壓技術(shù)+關(guān)鍵層鉆孔爆破卸壓技術(shù)的基礎(chǔ)上，巷道修復支護方案的效果，通過十字布點法對頂板高抽巷的表面位移進行持續(xù)觀測，在不同的斷面處布置3個測點，持續(xù)觀測120天，根據(jù)礦壓觀測數(shù)據(jù)能夠得巷道表面位移的曲線圖，如圖6所示。

圖6 巷道圍巖變形曲線圖

根據(jù)巷道表面位移的監(jiān)測結(jié)果顯示，膠帶大巷在上述動壓巷道控制技術(shù)及巷道修復方案后，三個測站得到的圍巖變形量基本保持同樣的趨勢，在0～90天內(nèi)巷道圍巖變形量在持續(xù)增大，頂?shù)装宓淖畲笞冃嗡俾蕿?1.71mm/d，兩幫變形最大變形速率為5.83mm/d；在90～120天的時間內(nèi)巷道頂?shù)装寮皟蓭鸵平烤颈３址€(wěn)定，這即表明巷道圍巖已經(jīng)處于穩(wěn)定狀態(tài)，巷道頂?shù)装遄畲笠平繛?49mm，兩幫最大移近量為130mm，其中底鼓量為頂?shù)装逡平看蟮闹饕?，需進一步加強對底鼓的治理，基于上述分析可知巷道圍巖變形量在采用上述控制技術(shù)后得到了有效控制。

4 結(jié)論

通過分析3#煤層膠帶大巷在現(xiàn)有支護下存在的問題，并結(jié)合采場遠距離卸壓技術(shù)及關(guān)鍵層鉆孔卸壓技術(shù)的原理，對膠帶大巷的卸壓控制技術(shù)進行具體設(shè)計，并結(jié)合動壓巷道控制技術(shù)原理對巷道的修復方案進行設(shè)計；根據(jù)礦壓監(jiān)測結(jié)果顯示，在巷道采用動壓巷道控制技術(shù)和修復方案后，頂?shù)装宓淖畲笠平繛?49mm，兩幫最大移近量為130mm，解決了巷道圍巖變形量大的問題，保證了巷道圍巖的穩(wěn)定。