18105回風順槽二次動壓巷道圍巖控制技術應用

王 炎， 田王健

(1.山西王家?guī)X煤業(yè)有限公司，山西 忻州 036600； 2.山西煤炭運銷集團科學技術研究有限公司公司，山西 太原 030002)

引 言

近距離回采巷道受工作面回采應力及采空區(qū)殘余應力影響，巷道圍巖出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象，巷幫煤柱支承作用力及頂板巖體承載能力降低，使回采巷道兩幫、頂?shù)装瀹a(chǎn)生垂直剪切應力，導致巷道兩幫移近量大、頂板破碎、底板鼓起等圍巖變形現(xiàn)象，從而嚴重影響著工作面安全穩(wěn)定回采；傳統(tǒng)錨桿、錨索支護在多重應力影響區(qū)巷道內(nèi)支護效果差，必須根據(jù)應力區(qū)巷道圍巖受力情況，采取合理有效的加強支護措施[1-3]。本文以王家?guī)X煤礦18105回風順槽為例，對巷道圍巖二次動壓受力情況進行分析，并采取了“棚架支護+注漿加固”等聯(lián)合圍巖控制措施。

1 工程概述

王家?guī)X煤業(yè)有限公司18105回風順槽位于井田一采區(qū)北翼，巷道北部為回采煤層，東部為18103運輸順槽，間隔保安煤柱寬度為24.5 m,南部為一采區(qū)集中大巷，西部為18105工作面；18105回風順槽為留巷巷道，為兩個回采面服務，18103回采時作為其輔運兼進風巷，18105回采時作為其回風順槽，如圖1所示。

18105回風順槽設計長度為1 800 m，18105回風順槽沿4#煤底板掘進，施工巷道為矩形斷面，巷道斷面規(guī)格為5.5 m×4.2 m(寬×高)。4#煤層全區(qū)鉆孔揭露其可采厚度為4.02 m～11.70 m，平均厚7.69 m，呈北厚南薄之勢，煤層結構較復雜，含矸多為2層～3層，夾矸巖性以泥巖、砂質(zhì)泥巖為主。煤層頂板以上0 m～5.6 m為4#煤層，黑色半暗型，夾有2層～3層夾矸；5.6 m～9.5 m為泥質(zhì)砂巖，呈灰黑色，泥質(zhì)膠結；9.5 m～16.3 m為中粒砂巖，呈灰色，鈣質(zhì)膠結；16.3 m～17.7 m為細砂巖，巖層呈深灰色，鈣質(zhì)膠結；17.7 m～20.6 m為粗砂巖。4#煤直接底為0.9 m泥巖，老底為4.7 m砂巖。

圖1 18105回風順槽平面布置圖

2 18105回風順槽原支護設計及圍巖應力分析

2.1 巷道原支護設計

2.1.1 原有支護情況

1) 頂板錨桿采用Ф22 mm×2 400 mm左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，配套150 mm×150 mm×10mm蝶形托盤，間排距1 000 mm×800 mm，每排6根，矩形布置，每根錨桿配1支型號為K2335和1支Z2360的樹脂錨固劑，拉拔力不小于100 kN，扭矩不小于200 N·m。托梁采用Ф16的圓鋼焊制，孔大小為80 mm×80 mm，孔距1 000 mm，長度5 200 mm，寬度80 mm。

2) 頂板錨索采用Φ17.8 mm×7 300 mm，間排距1 600 mm×1 600 mm，MX鎖具，托板為300 mm×300 mm×16 mm鋼板托盤，每排3根，矩形布置，每根錨索使用1支K2335和2支Z2360錨固劑進行錨固，拉拔力不小于150 kN。錨索布置在錨桿排中間。

3) 右?guī)湾^桿采用Ф22 mm×2 400 mm左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，左幫錨桿采用Ф20 mm×2 000 mm玻璃鋼錨桿，配套150 mm×150 mm×10 mm蝶形托盤，錨桿間排距800 mm×800 mm，每幫布置5根，矩形布置，每根錨桿配1支Z2360的樹脂錨固劑，拉拔力不小于70 kN，扭矩不小于100 N·m。

2.1.2 前期加固情況

1) 頂板補強支護方式為：在原兩排錨索之間增加“錨索+ω鋼帶”聯(lián)合直護，每排3根錨索，間排距1 600 mm×1 600 mm；錨索規(guī)格為19芯Ф22 mm×8 300 mm柔性錨索(錨索長度根據(jù)頂板巖性調(diào)整，保證錨固到深部穩(wěn)定巖層中不小于1.5 m)；錨索托盤規(guī)格為300 mm×300 mm×20 mm穹形托盤，配套調(diào)心球墊和減摩墊片；每孔使用1支CK2360和2支K2360錨固劑進行錨固，拉拔力不小于200 kN，ω鋼帶規(guī)格為4 500 mm×140 mm×8 mm(長×寬×厚)。

2) 右?guī)脱a強方式為：每隔800 mm施工一根幫錨索和少量幫錨桿。左幫由于風筒和風水管路，基本不補強。加固后頂板支護平面如圖2所示。

圖2 加固后頂板支護平面圖(mm)

2.2 巷道圍巖受壓情況分析

根據(jù)現(xiàn)場觀察情況，結合巷道補強支護情況可以發(fā)現(xiàn)：

1) 從工作面回風順槽超前支護段至1 350 m段巷道受壓影響最大，受回采超前支撐壓力及鄰近采空區(qū)側向壓力擠壓影響，現(xiàn)已影響工作面機尾超前支架、過渡支架的正常推移，影響了回采工作面的正常生產(chǎn)。該段巷道頂板下沉嚴重，兩幫煤柱明顯松動，應立即進行加強支護。

2) 1 350 m至1 250 m段巷道、920 m至800 m段巷道、320 m至270 m段巷道、270 m至200 m段巷道頂板局部破碎、巷道兩肩部煤體破碎鼓出，且局部仍有“煤炮”聲。說明該段巷道仍受鄰近采空區(qū)側動壓影響，是需要加強支護的重點地段。

3) 950 m至920 m段巷道、700 m至550 m段巷道、450 m至400 m段巷道、400 m至370 m段巷道、370 m至320 m段巷道頂板、兩幫煤體破碎，且已有部分巷幫煤體垮落。說明該段巷道受動壓影響明顯，需要對巷道圍巖深部變形情況進行探測，根據(jù)圍巖松動圈范圍大小，采用注漿加固的方法提高圍巖強度。

4) 1 150 m至950 m段巷道、270 m至200 m段、200 m至停采線段巷道頂板較完整、兩幫煤體變形不明顯。建議暫不進行加固維護。

5) 初步確定在巷道200、250、350、450、550、730、830、980、1 050、1 350、1 480、1 600 m處進行頂板圍巖結構窺視工作，以確定巷道頂板離層層位、破碎范圍，為補強支護、注漿加固提供依據(jù)。

3 應力區(qū)巷道加固維護方案

本次巷道維護的主要目的是：保證回采工作面的正常推進；保證巷道正常的膠輪運輸、通風斷面；保證巷道在回采期間不發(fā)生大面積漏頂、冒頂；巷道維護后要求凈高不低于3 500 mm,凈寬不低于4 000 mm。由于該段巷道已進行過兩次補強支護，頂幫錨索、錨桿密度較大，不宜再進行錨索補強。因此，主要采用架棚支護、注漿加固為主的維護方式。

1) 工作面回風順槽超前支護段至1350m段巷道：采用棚架支護+注漿加固的維護方案。維護前，首先對維護區(qū)域巷道破碎頂板段、巷肩破碎段進行注漿加固，注漿加固的范圍根據(jù)頂板窺視情況逐段確定，以保證形成加固圈，原則上加固范圍應大于頂幫錨桿長度[4-5]。

2) 注漿完成后架棚前，首先對煤柱幫側進行刷幫，清除破碎煤體，刷幫寬度以滿足巷道凈寬要求為準,作業(yè)時采用風鎬人工作業(yè)方式對巷幫進行平整。刷幫完成后采用“掛網(wǎng)+皮帶+錨索”進行聯(lián)合支護，其中皮帶由頂?shù)綆涂v向布置，參數(shù)500 mm×2 200 mm(寬×長)，每條皮帶配套2根錨索，錨索Ф22 mm×5 000 mm，間排距1 600 mm×1 600 mm，每根錨索使用1支MSK2360和2支MSZ2360樹脂錨固劑，抗拔力不小于200 KN。網(wǎng)片采用雙層網(wǎng)，內(nèi)側用10#菱形鐵絲網(wǎng)，網(wǎng)孔50 mm×50 mm;外側用Ф6 mm鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)孔100 mm×100 mm。

3) 架棚采用11#工字鋼棚梁，單體液壓支柱棚腿，一梁兩柱，棚架間距1 m。棚腿必須支在實底上，嚴禁支設在浮煤、活矸上，且打牢打?qū)?，并加掛防倒柱繩；頂板壓力明顯的地段采用“對棚”方式加強支護，兩棚間距不大于150 mm。

4) 巷道局部肩部有漏頂?shù)牡囟尾捎米⒒瘜W漿進行加固，若漏頂范圍及深度均較大時，則還需要搭假頂注充填材料，注漿完成后再視現(xiàn)場情況采用 “單體柱+工字鋼”架棚支護頂板。

5) 頂板錨索斷錨、鎖具下滑地段要求重新補打錨索，錨索Ф22 mm×8 000 mm，配套300 mm×300 mm穹形托盤，每根錨索使用1支MSK2360和2支MSZ2360樹脂錨固劑，抗拔力不小于200 kN。

6) 頂板較完整，巷道兩幫嚴重突出的區(qū)域，刷擴作業(yè)時原則上只在煤柱幫進行，回采幫不宜進行刷擴。刷擴完成后應立即對擴幫處重新進行掛網(wǎng)支護，并注漿加固。巷道底鼓嚴重、影響膠輪車運輸?shù)牡囟?，可直接進行起底作業(yè)。

4 結語

截止目前8103工作面已回采結束，8105工作面已回采至500 m采位，8105回風順槽加固后通過1個月圍巖變形情況觀察發(fā)現(xiàn)，8103工作面回采期間，在工作面前50 m，工作面后30 m范圍內(nèi)受回采應力及采空區(qū)殘余應力影響，巷道圍巖變形相對嚴重，頂板最大下沉量為0.12 m，兩幫移進量為0.34 m，但未出現(xiàn)頂板破碎、斷裂現(xiàn)象；在8105工作面回采時受二次采動影響，在工作面前50 m范圍內(nèi)圍巖出現(xiàn)局部變形，但通過加固措施及時對圍巖變形進行有效控制，在8103、8105工作面回采中未出現(xiàn)大面積冒頂、破碎等事故，加固措施對二次采動影響的回采巷道圍巖邊起到預期控制作用，取得了顯著應用成效。