石港煤業(yè)15107 進風(fēng)巷加固技術(shù)應(yīng)用研究

孫福軍

（山西石港煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 左權(quán) 032600）

1 工程概況

陽煤集團石港煤業(yè)有限公司所屬的15107 工作面平均埋深280m，工作面東部為未采掘的15109工作面，西部為回采的15105 工作面，北部為一采區(qū)回風(fēng)巷，南部為劉家莊村保護煤柱，工作面之間區(qū)段煤柱寬度為30m。15107 工作面掘進巷道煤層底板總體為單斜構(gòu)造，局部地段發(fā)育有次一級的向、背斜構(gòu)造。工作面回采巷道頂?shù)装逶敿?xì)情況如表1 所示。15107 工作面煤層厚度6.8～7.63m，均厚7.2m，煤層傾角最大10°，最小5°，平均傾角7°。15105 工作面回采初期，臨近的15107 進風(fēng)巷圍巖出現(xiàn)明顯的變形失穩(wěn)現(xiàn)象，若不采取適當(dāng)?shù)闹卫泶胧?，將無法滿足15107 工作面正常生產(chǎn)的要求，據(jù)此展開了相關(guān)的研究。

表1 頂?shù)装鍘r性特征表

2 15107 運輸巷變形特征分析

2.1 原有支護方式

15105 進風(fēng)巷掘進時采用“錨網(wǎng)梁”聯(lián)合支護。頂板錨桿間通過直徑16mm 圓鋼焊制的鋼筋梯子梁聯(lián)結(jié)，材質(zhì)為MSGLW-400 型左旋無縱筋螺紋鋼，直徑為20mm，長度為1600mm，間距為1000mm，排距為1000mm。其中靠近巷道肩窩處錨桿以75°外扎角進行安裝，每根錨桿采用兩支樹脂錨固劑，規(guī)格為K2335 和Z2360。頂錨索使用Φ17.8×5400mm 的鋼絞線配Φ23×1200mm 的樹脂藥卷，并配200×125×12mm 的方形托盤。錨索每排1 根，排距2000mm。兩幫錨桿規(guī)格與頂板錨桿相同，使用規(guī)格為 90×100×6mm 的拱形托盤，錨桿采用“二二”布置方式，所有錨桿垂直巷幫施工，每根錨桿采用兩支K2335 型樹脂錨固劑，錨桿間通過鋼筋梯子梁聯(lián)結(jié)，錨桿間排距為1000×1000mm，最下部的錨桿距離底板600mm。頂板金屬網(wǎng)使用1.0m×3.9m 的經(jīng)緯網(wǎng)，頂網(wǎng)長邊垂直于巷道前進方向鋪設(shè)，長邊與長邊搭接，短邊與幫網(wǎng)搭接，幫網(wǎng)長邊平行于巷道前進方向，搭接長度不小于100mm，每隔200mm 聯(lián)網(wǎng)一道，聯(lián)網(wǎng)時將14#鉛絲對折成雙股。

2.2 15107 進風(fēng)巷破壞現(xiàn)狀

15107 進風(fēng)巷掘進期間圍巖穩(wěn)定性良好，無明顯的位移破壞現(xiàn)象，而臨近的15105 工作面回采初期，15107 進風(fēng)巷內(nèi)多處出現(xiàn)片幫、底鼓等現(xiàn)象，巷道整體變形嚴(yán)重。通過現(xiàn)場實地觀測可將整條巷道圍巖破壞情況劃分為三個階段：（1）采動影響前。距離15105 采煤工作面較遠的區(qū)域，基本不受工作面采動的影響，巷道圍巖穩(wěn)定，變形量很小，原有支護基本能夠維持巷道的穩(wěn)定。（2）采動影響中。此段巷道距離正在回采的15105 工作面較近，與工作面的直線距離最短，受到采動影響最為劇烈，圍巖開始出現(xiàn)較大的碎脹變形，但整體而言巷道圍巖破壞程度較輕。（3）采動影響后。該巷段位于15105 工作面后方，采動影響后巷道圍巖的穩(wěn)定性大大下降，巷道表面持續(xù)變形，頂板冒落嚴(yán)重，嚴(yán)重威脅煤礦的安全生產(chǎn)。

為更加具體地了解15107 進風(fēng)巷巷道變形破壞的特征，對15105 工作面前方的15107 巷段內(nèi)進行圍巖位移量現(xiàn)場測量，得到結(jié)果如圖1 所示。在距鄰近回采工作面較遠處（100m 以外），巷道圍巖的變形量較小，兩幫移近量維持在200mm 以下，頂?shù)装逑鄬σ平吭?00mm 左右；與工作面距離在100m 以內(nèi)時，巷道的變形量開始迅速增大，兩幫移近量和頂?shù)滓平糠謩e達到580mm 和790mm；在工作面推過該區(qū)域后，巷道圍巖的變形并沒有停止，圍巖變形量持續(xù)增大。

根據(jù)現(xiàn)場考察情況總結(jié)可得15107 進風(fēng)巷圍巖變形特征為：（1）巖體變形快且變形量大。在臨近工作面采動影響下，兩幫變形速度最大可達25mm/d，頂?shù)装逑鄬σ平俾士蛇_40mm/d，巷道圍巖變形迅速變化劇烈。（2）巷道變形受采動影響劇烈。巷道變形速度與臨近工作面的距離密切相關(guān)，距離臨近工作面越近，變形速度越大。

圖 1 與鄰近回采工作面不同距離處圍巖變形量

3 巷道破壞機理及加固技術(shù)

結(jié)合現(xiàn)場礦壓觀測結(jié)果，對15107 進風(fēng)巷原有支護方案分析可知，巷道圍巖失穩(wěn)破壞主要因素包括：（1）動壓影響劇烈[1-2]。無動壓影響下巷道圍巖穩(wěn)定，臨近15105 工作面的回采導(dǎo)致巷道圍巖逐漸失穩(wěn)破壞，且在采動影響后圍巖持續(xù)破壞。（2）支護強度嚴(yán)重不足。頂?shù)装逑鄬σ平吭诰嗷夭晒ぷ髅?00m 時即開始明顯增大，頂板支護強度明顯不足，頂板下沉必然導(dǎo)致兩幫受力狀態(tài)惡化，最終導(dǎo)致圍巖整體失穩(wěn)破壞。

為確保15107 進風(fēng)巷圍巖的穩(wěn)定，設(shè)計在原有支護的基礎(chǔ)上對整條巷道進行補強加固，采用“強幫強頂”的加固理念[3-4]，具體補強方式為：在原有頂板錨索兩側(cè)各補打一根規(guī)格為Φ17.8×5400mm的鋼絞線錨索，錨索間距為1000mm，垂直頂板施工，錨固方式為高強預(yù)應(yīng)力錨固，采用一支K2335和兩支Z2360 樹脂藥卷，錨固長度1550m。幫部補強支護在原有錨桿支護的基礎(chǔ)上，在原有支護錨桿排與排之間增加兩根錨桿或者增加一根錨桿和一根錨索，增加的兩根錨桿間距為800mm，下部的錨桿距離底板300mm，錨桿規(guī)格和錨桿方式與原有支護相同，增加一根錨桿和一根錨索時，錨桿與錨索間距同樣為800mm，錨索規(guī)格和錨索方式與頂板補強錨索相同。15107 進風(fēng)巷補強支護詳情如圖2 所示。

圖 2 15107 進風(fēng)巷支護系統(tǒng)布置圖

4 應(yīng)用效果

為有效控制15107 進風(fēng)巷圍巖的過度變形，采用上述方案對整條巷道進行加固，在15107 進風(fēng)巷內(nèi)布置圍巖變形監(jiān)測站，臨近15105 工作面回采影響下巷道圍巖位移情況如圖3 所示。由圖 3（a）可得，測點與臨近工作面距離小于80m 時，巷道圍巖的位移開始明顯增大。當(dāng)15105 工作面與測點平行時，頂板下沉量達到最大為198mm，底板底鼓量為32mm，煤柱幫變形量為54mm，實體煤幫變形量為42mm，頂?shù)装逑鄬σ平孔畲鬄?30mm，相比加固前（790mm）減小了70.9%，兩幫移近量最大為96mm，相對于加固前（580mm）減小了83.4%。由此可知，加固后的15107 進風(fēng)巷在臨近工作面采動影響階段圍巖位移量顯著減小。由圖3（b）可得，臨近工作面推過測點后，巷道圍巖的位移仍在持續(xù)。工作面推過約70m 后，圍巖的位移量趨于穩(wěn)定，頂板下沉量維持在600mm 以下，底板底鼓量約為105mm，煤柱幫變形量約為240mm，實體煤幫變形量約為130mm，相較于加固前巷道的變形量明顯減小，且經(jīng)過采動影響后圍巖仍能最終穩(wěn)定，經(jīng)過簡單的修復(fù)即可滿足服務(wù)于15107 工作面的斷面要求。

圖 3 臨近工作面采動影響下圍巖變形曲線

5 結(jié)論

15107 進風(fēng)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)場勘查、礦壓監(jiān)測等方法研究，發(fā)現(xiàn)距15105 工作面較遠的巷段內(nèi)，圍巖位移很小，距15105 工作面較近的區(qū)域巷道圍巖位移速度快，圍巖變形量較大，15105 工作面后方的巷段內(nèi)，圍巖持續(xù)變形，巷道失穩(wěn)破壞嚴(yán)重。設(shè)計對15107 進風(fēng)巷整體進行加固，圍巖位移監(jiān)測結(jié)果表明，巷道頂?shù)装逡平繙p小了70.9%，兩幫相對移近量減小了83.4%，且工作面后方圍巖逐漸趨于穩(wěn)定。