三軟煤層回采巷道支護技術(shù)研究

王寶童

(山西晉城興唐煤業(yè)有限公司，山西 晉城 048000)

近年來，隨著煤礦開采深度的增加，“三軟”煤層巷道越來越多[1]，“三軟”巷道具有呈非對稱分布且頂?shù)装鍙姸鹊蚚2]、煤層松軟易垮的特性，表現(xiàn)為頂板、兩幫移近量大，變形速度快，煤柱體支離破碎等，給巷道的支護帶來了極大困難[3]?；诖?，本文以古書院煤礦153305工作面回風(fēng)巷為背景，在分析巷道變形破壞特征的基礎(chǔ)上，提出了架棚和注漿聯(lián)合支護方案來控制頂板的下沉量以及兩幫移近量[4]，實踐證明，架棚和注漿聯(lián)合支護能夠有效控制圍巖的變形與破壞，保障回采工作的正常進行[5]。

1 工程概況

1533052巷為古書院煤礦153305工作面的回風(fēng)巷。所采15號煤層平均厚度1.9 m，傾角2～7°，平均埋深為400 m。巷道斷面為矩形，巷道凈寬5 m、凈高3.2 m，垂直應(yīng)力和最大水平應(yīng)力分別為10 MPa和14 MPa。本巷道位于1533042巷(已掘)以西，15號煤三盤區(qū)膠帶巷、軌道巷、回風(fēng)巷(已掘)以北，蘭鑫煤礦西翼進風(fēng)立井以南，工作面上方為9號實體煤。煤層頂、底板情況如表1所示。

表1 煤層頂?shù)装?/p>

由于153305工作面頂、底板質(zhì)軟，節(jié)理裂隙發(fā)育，破碎嚴(yán)重，給工作面的回采帶來巨大困難，嚴(yán)重威脅工作面的作業(yè)安全。因此，提出采用架棚和注漿聯(lián)合支護方案解決采場圍巖控制問題。

2 巷道圍巖變形破壞特征與分析

153305工作面的煤質(zhì)松軟，頂板為泥巖，節(jié)理裂隙發(fā)育，底板為砂質(zhì)泥巖，強度低，屬于三軟煤層。三軟煤層巷道具有如下破壞特征。

1) 巷道變形快，變形總量大，持續(xù)時間長。三軟煤層剛開始掘進時，巷道變形速率快，變形持續(xù)時間一般為1～2月，有的超過6個月仍不能穩(wěn)定。巷道施工兩個月后，頂、底板移近量達到1 000 mm以上，巷道需要返修。

2) 原支護方案下的巷道變形嚴(yán)重。根據(jù)圖1可知，巷道兩幫移近量超過1.2 m；巷道底鼓現(xiàn)象明顯，巷道四周收斂量大。

3) 巷道工作面標(biāo)高400 m，地應(yīng)力和構(gòu)造應(yīng)力對其不明顯。

4) 初期變形總量大。巷道開挖后，來壓迅速，卸載載荷速度快，導(dǎo)致巷道初期變形速率和初期變形總量大。根據(jù)監(jiān)測資料得巷道初期平均變形速率達35 mm/d，初期變形總量占總變形量的65%。

圖1 巷道變形破壞特征

3 支護參數(shù)優(yōu)化

3.1 原支護方式

1533052回風(fēng)巷原來采用錨桿錨索聯(lián)合支護，如圖2所示。支護參數(shù)如下：頂板采用直徑22 mm、長2.6 m的左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，間排距為0.8 m×0.8 m，預(yù)緊力大于50 kN；同時布置兩根長6.8 m、直徑17.8 mm，間排距為2 m×1.6 m，預(yù)緊力大于100 kN的高強度高延伸率的預(yù)應(yīng)力鋼絞線錨索。煤柱幫錨桿規(guī)格和參數(shù)同頂板，回采幫采用玻璃鋼錨桿。每根錨桿配1卷樹脂錨固劑，每根錨索配2卷樹脂錨固劑。頂、底板交界處錨桿傾斜15°打設(shè)。頂板鋪設(shè)規(guī)格為2 m×1 m，網(wǎng)格為0.1 m×0.1 m的鋼筋網(wǎng)片，網(wǎng)片之間搭接長度不小于0.2 m，兩幫采用阻燃塑料網(wǎng)片，搭接長度不小于0.2 m。支護示意如圖2所示。

圖2 錨桿錨索聯(lián)合支護(mm)

3.2 優(yōu)化支護方式

針對原有支護方式無法保證巷道圍巖的穩(wěn)定性，將矩形斷面改為梯形斷面，同時采用架棚和注漿支護。支護方案示意如圖3所示。具體參數(shù)如下：選用11號礦用工字鋼、頂梁和棚腿長度分別為4.8 m、3.38 m，相鄰兩棚之間間距為0.6 m，在距腿底1.5 m處，采用直徑為20 mm的圓鋼拉桿連鎖加固；頂部和兩幫用木質(zhì)背板背緊；巷道頂部和煤柱幫采用網(wǎng)格為50 mm×50 mm的10號菱形鐵絲網(wǎng)護表；回采幫采用尼龍網(wǎng)。支護示意如圖3所示。

圖3 工字鋼支護方案示意(mm)

在采用架棚支護的基礎(chǔ)上，針對圍巖破碎區(qū)域進行注漿。注漿方案如圖4所示。在巷道頂板布置三個注漿孔，沿走向方向相鄰兩孔之間的間距為1.2 m，鉆孔直徑為42 mm，鉆孔深度根據(jù)巷道圍巖破碎情況確定，注漿壓力選用3 MPa。注漿時，應(yīng)密切關(guān)注注漿壓力，當(dāng)出現(xiàn)大面積漿液流出時，應(yīng)換孔注漿或停止注漿。

圖4 注漿孔布置

4 支護效果觀測

巷道表面位移量觀測是判斷巷道穩(wěn)定性的重要參數(shù)。首測點在支護完成后及時布置，以后每隔50 m設(shè)置一個測站，共布置四個測站。對架棚和注漿聯(lián)合支護后頂板和兩幫的移近量隨時間的變化進行觀測，記錄數(shù)據(jù)并求其平均值，并和原支護方案進行對比，結(jié)果如圖5所示。

圖5 兩種方案巷道圍巖收斂變形對比

由圖5可知，采用架棚和注漿聯(lián)合支護后，巷道頂?shù)装逡平亢蛢蓭鸵平康玫接行Э刂?。剛開始時位移量較大，隨著時間的推移，慢慢趨于穩(wěn)定。最終兩幫移近量穩(wěn)定在約270 mm，頂?shù)装逡平糠€(wěn)定在約250 mm。相比較于原方案，頂?shù)装逡平繙p少了約75%，兩幫移近量減少了約80%。圍巖控制效果良好，保證了開采工作的正常進行。

5 結(jié) 語

1) 三軟煤層巷道圍巖具有強流變性和膨脹變形的特征，通過架棚支護和注漿聯(lián)合支護可以有效強化三軟煤層巷道圍巖的穩(wěn)定。

2) 古書院礦153305工作面的實踐證明，采用架棚和注漿聯(lián)合支護方案能夠有效控制頂板以及兩幫的變形與破壞，支護效果良好。