西曲礦12315運(yùn)輸巷礦壓顯現(xiàn)特征及支護(hù)技術(shù)

劉鵬程

(西山煤電(集團(tuán))有限責(zé)任公司 西曲礦， 山西 古交 030200)

1 工程概況

山西西山煤電股份有限公司西曲礦12315工作面井上位于原南坪村北部、西黃坡茆東部，蓋山厚度174～226 m. 工作面井下位于南三盤區(qū)中西部，南部為正在回采的12316工作面，北部為22101、22102工作面采空區(qū)，西北部為12306工作面采空區(qū)，工作面沿2.3#煤層施工，該處2.3#煤厚度穩(wěn)定，4.12～4.75 m，平均4.43 m，煤層整體傾向西南，傾角2°～7°，一般為4°. 2.3#煤結(jié)構(gòu)復(fù)雜，下部普遍含有一層炭質(zhì)頁巖夾石，夾石厚度變化不大。2.3#煤直接頂為1.30 m的砂質(zhì)泥巖，直接底為1.6 m的泥巖。其中，頂板砂質(zhì)泥巖抗壓強(qiáng)度為56.46 MPa，軟化系數(shù)為0.94，普氏硬度系數(shù)5.77，抗拉強(qiáng)度12.05 MPa，底板泥巖抗壓強(qiáng)度為49.97 MPa，軟化系數(shù)為0.74，普氏硬度系數(shù)5.09，抗拉強(qiáng)度8.40 MPa. 12315工作面開切眼長(zhǎng)度為230 m，推進(jìn)長(zhǎng)度為2 550 m，采用綜合機(jī)械法一次采全高，12315工作面共布置兩條回采巷道(運(yùn)輸巷和軌道巷)，12315運(yùn)輸巷成巷后，巷道圍巖變形量較大，為確保工作面的安全正常回采，需采取適當(dāng)?shù)拇胧┍ＷC其服務(wù)期間圍巖的穩(wěn)定性。

2 12315運(yùn)輸巷支護(hù)現(xiàn)狀

2.1 原支護(hù)方案

12315運(yùn)輸巷服務(wù)于12315工作面，用于運(yùn)煤和進(jìn)風(fēng)，掘進(jìn)斷面為寬5 700 mm×高3 650 mm，巷道沿2.3#煤層底板掘進(jìn)，巷道采用錨桿+鋼帶+錨索支護(hù)，頂板和兩幫錨桿采用d20 mm×2 600 mm 高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力錨桿，間排距為700 mm×700 mm，頂錨桿為矩形布置，每排打設(shè)8根。幫錨桿每排五根，第一排幫錨桿距頂板為350 mm. 頂板錨索采用d21.6 mm長(zhǎng)8.8 m的鋼絞線，錨索間排距為1 400 mm×2 100 m.鋼帶長(zhǎng)5.1 m，寬0.28 m，厚3 mm. 頂錨桿采用全長(zhǎng)錨固，注頂錨桿時(shí)先注入兩支MSZ23/25樹脂藥卷，再注入一支MSK23/25樹脂藥卷。每根錨索采用三根 MSZ23/80 型樹脂錨固劑。頂板和兩幫采用菱形金屬網(wǎng)，網(wǎng)格尺寸為100 mm×100 mm. 12315運(yùn)輸巷掘進(jìn)期間，永久支護(hù)斷面見圖1.

圖1 12315運(yùn)輸巷原支護(hù)方案圖

2.2 圍巖變形特征

12315運(yùn)輸巷掘巷成功后，在臨近12316工作面采動(dòng)影響下，出現(xiàn)了明顯的失穩(wěn)變形現(xiàn)象。為了解巷道圍巖變形的具體情況，在12315運(yùn)輸巷內(nèi)布置綜合測(cè)站[1-2]，對(duì) 12315 運(yùn)輸巷表面位移進(jìn)行監(jiān)測(cè)，測(cè)站的布置見圖2a)，由于篇幅所限，僅將典型的監(jiān)測(cè)結(jié)果給出。圖2b)為10#測(cè)站的監(jiān)測(cè)結(jié)果，橫軸為與12316工作面的距離，正值表示此時(shí)測(cè)點(diǎn)在12316工作面前方，負(fù)值表示工作面已推過相應(yīng)位置。由圖2b)所示結(jié)果可以看出，在未受采動(dòng)影響時(shí)(工作面前方275～134 m)，巷道圍巖變形量很?。还ぷ髅嫱七M(jìn)至距測(cè)點(diǎn)30 m左右時(shí)，超前支承壓力作用下巷道圍巖開始變形，且變形速度逐漸加快。由此可知，采動(dòng)影響是巷道變形的主要因素，最終監(jiān)測(cè)到巷道頂板的相對(duì)移近量遠(yuǎn)大于兩幫的移近量，圍巖變形的主要形式是頂板下沉和底板底鼓。圖2c)為測(cè)點(diǎn)5監(jiān)測(cè)結(jié)果，臨近的12316工作面推過測(cè)點(diǎn)約119 m以后，12315運(yùn)輸巷仍在變形，頂?shù)装搴蛢蓭蛧鷰r的變形基本同步進(jìn)行，圍巖變形形式以底鼓為主，圍巖的持續(xù)變形約持續(xù)了3個(gè)月，最終頂板下沉量約400 mm，底板底鼓量約1 000 mm，兩幫移近量約 300 mm，巷道底鼓量明顯大于其頂板和兩幫的變形量。綜上可知，受到臨近12316工作面采動(dòng)影響時(shí)，12315運(yùn)輸巷主要變形形式為頂板下沉和底鼓，工作面推進(jìn)過后，巷道主要變形形式為底板底鼓。

結(jié)合礦壓監(jiān)測(cè)結(jié)果和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研可知，12315運(yùn)輸巷圍巖變形主要表現(xiàn)為以下特征：1) 受采動(dòng)影響劇烈，臨近工作面采動(dòng)影響下，巷道破壞形式以頂板變形為主，距切眼140～1 500 m，頂板錨桿斷裂數(shù)達(dá)185根。2) 巷幫剪切破壞嚴(yán)重，頂板下沉作用下，頂板處破壞深度最大，由上而下逐步減緩，煤幫剪切破壞后產(chǎn)生片幫并向巷道內(nèi)移動(dòng)。3) 底板遇水膨脹，在臨近工作面推進(jìn)過后，巷道破壞形式以底鼓為主，頂板淋水嚴(yán)重的區(qū)域，巷道頂板變形越為嚴(yán)重，底鼓量最大達(dá)1 500 mm.

3 支護(hù)方案優(yōu)化設(shè)計(jì)

根據(jù)以上研究分析可知，12315運(yùn)輸巷變形可分為兩個(gè)階段，采動(dòng)影響下變形以頂板下沉為主，采動(dòng)結(jié)束后，變形以頂板淋水嚴(yán)重，底板遇水膨脹底鼓為主。12315工作面回采期間，12315運(yùn)輸巷將面臨同樣的支護(hù)問題，為保障其服務(wù)期內(nèi)的安全使用，需對(duì)12315運(yùn)輸巷返修的支護(hù)方案進(jìn)行優(yōu)化，基于上述研究，設(shè)計(jì)采用“強(qiáng)頂強(qiáng)底”的支護(hù)理念[3-4]. 具體支護(hù)方案：頂板和兩幫錨桿桿體采用型號(hào)為d22 mm×2 500 mm的 HRB335 鋼筋，每根錨桿采用MSZ23/60型和MSK23/60型樹脂錨固劑各1支，安裝時(shí)扭矩不小于240 N·m，錨固劑與巖體的錨固力不小于110 kN，錨桿配套尺寸為 150 mm×150 mm×8 mm的Q235鋼制托盤，頂板錨桿配套使用規(guī)格為BHW-280-3.0-5.1的W型鋼帶，頂網(wǎng)采用由d6 mm 的 Q235 鋼筋焊制的鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)格規(guī)格為100 mm×100 mm，兩幫采用塑鋼網(wǎng)，搭接寬度為100 mm. 頂板采用規(guī)格為d21.6 mm×8 800 mm的鋼絞線，間排距為1 200 mm×700 mm，托盤采用 300 mm×300 mm×16 mm 碟形鋼板，每根錨索采用3支MSZ23/60 和1支 MSK23/60 樹脂錨固劑，所有錨索垂直頂板施工，錨固力不小于300 kN，并增加錨索托梁，托梁由16#槽鋼制成，兩孔間距為1.2 m，托梁總長(zhǎng)度為1.8 m. 為避免底板遇水膨脹，增加底板隔水措施，巷道斷面擴(kuò)刷后，在底板鋪設(shè)一層厚為 50 mm 的生石灰粉，然后再在底板和排水溝內(nèi)鋪設(shè)厚 100 mm 的C30混凝土，并添加防水劑。12315運(yùn)輸巷優(yōu)化后的支護(hù)方案見圖3.

圖3 12315運(yùn)輸巷返修支護(hù)圖

4 12315運(yùn)輸巷圍巖控制效果考察

采用上述支護(hù)方案對(duì)12315運(yùn)輸巷進(jìn)行了返修和加固，為考察其支護(hù)效果，在12315工作面回采期間，超前工作面適當(dāng)距離布置測(cè)站，對(duì)巷道的頂板離層量和表面位移進(jìn)行監(jiān)測(cè)，頂板離層儀布置在巷道中部，采用LBY-3離層儀，深部基點(diǎn)在頂板向上9 m處，淺部基點(diǎn)在2.3 m處，整理得到的監(jiān)測(cè)結(jié)果見圖4a)，測(cè)點(diǎn)距工作面30 m以外時(shí)，深部基點(diǎn)離層量維持在4 mm左右，淺部基點(diǎn)離層量維持在2.5 mm左右，頂板離層量很小，可以說明，無采動(dòng)影響時(shí)，頂板穩(wěn)定性良好。當(dāng)與工作面距離在30 m范圍內(nèi)并逐漸縮小時(shí)，頂板離層量迅速增大并逐漸趨于平穩(wěn)；當(dāng)工作面回采至測(cè)點(diǎn)附近時(shí)，深部最大離層量約為33 mm，淺部約為24 mm，離層量仍然很小，能夠滿足工作面安全正常生產(chǎn)的要求。巷道圍巖位移量監(jiān)測(cè)結(jié)果見圖4b)，超前工作面60 m以上時(shí)，巷道兩幫移近量和頂板下沉量基本為零，僅巷道底板出現(xiàn)輕微的底鼓，再次說明無采動(dòng)影響時(shí)，巷道圍巖穩(wěn)定性良好；距工作面距離小于30 m時(shí)，巷道圍巖的變形速度均顯著增大；而當(dāng)工作面回采至測(cè)點(diǎn)后，圍巖的變形速率趨近于零，最終最大底鼓量為208 mm，頂板下沉量為60 mm，兩幫移近量為73 mm，能夠滿足工作面正常安全生產(chǎn)的需求。

圖4 巷道礦壓顯現(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)圖

5 結(jié)論和建議

西曲礦12315運(yùn)輸巷成巷后圍巖出現(xiàn)了明顯的失穩(wěn)破壞現(xiàn)象，通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地觀測(cè)得知，12315運(yùn)輸巷變形可分為兩個(gè)階段：1) 臨近工作面回采動(dòng)壓影響下，圍巖的破壞形式以頂板下沉為主。2) 采動(dòng)結(jié)束后，頂板淋水嚴(yán)重，圍巖變形以底板遇水膨脹底鼓為主。為保證12315運(yùn)輸巷服務(wù)期間的圍巖穩(wěn)定，根據(jù)其圍巖變形特征，提出“強(qiáng)頂強(qiáng)底”的支護(hù)理念，采用增加頂板錨索數(shù)量和底板隔水的措施，通過現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用及礦壓觀測(cè)得出，頂板離層量和圍巖位移量均在合理范圍內(nèi)，能夠滿足工作面正常生產(chǎn)的斷面需求，取得了良好的支護(hù)效果。