1301工作面回采巷道圍巖分類及控制技術(shù)應(yīng)用

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

1 工程概況

山西蘭花科創(chuàng)玉溪煤礦1301工作面位于一盤區(qū)，開采3#煤層，煤層均厚為5.85m，平均傾角為4°。煤層內(nèi)部節(jié)理裂隙較為發(fā)育，屬松軟煤層，含有一層夾矸層，夾矸厚度為0.28 m。煤層頂板巖層為泥巖和中砂巖，底板巖層為泥巖和砂質(zhì)泥巖。工作面采用大采高綜合機械化采煤工藝。1301工作面膠帶順槽沿煤層底板掘進，巷道斷面形狀為矩形，掘進寬度為5.7m，掘進高度為3.8m，巷道掘進期間出現(xiàn)圍巖變形量大的問題，現(xiàn)通過判斷圍巖的穩(wěn)定性，再基于圍巖等級進行具體支護方案的設(shè)計，以保障巷道圍巖的穩(wěn)定。

2 巷道圍巖穩(wěn)定性分類

2.1 巷道圍巖力學(xué)測試

在膠帶順槽支護方案設(shè)計前，通過現(xiàn)場取樣進行圍巖力學(xué)測試，以掌握巷道圍巖的力學(xué)參數(shù)，取樣在膠帶順槽內(nèi)進行，其中頂板取芯30m，底板取芯12m，將試樣加工成標準件，在實驗室內(nèi)進行物理力學(xué)參數(shù)測試作業(yè)。

根據(jù)測試結(jié)果繪制膠帶順槽頂?shù)装甯鲙r層的物理力學(xué)參數(shù)及圍巖結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 膠帶順槽頂?shù)装甯鲙r層的物理力學(xué)參數(shù)及圍巖結(jié)構(gòu)

2.2 巷道圍巖穩(wěn)定性分類

根據(jù)我國《工程巖體分級標準》（GB/T 50218-2014）巷道圍巖穩(wěn)定性的劃分標準可知，煤巷圍巖根據(jù)穩(wěn)定程度劃分為5個等級，其中穩(wěn)定類有三個級別，分別為：非常穩(wěn)定、穩(wěn)定和中等穩(wěn)定（編號分別為Ⅰ類、Ⅱ類和Ⅲ類），不穩(wěn)定類有兩個級別，分別為不穩(wěn)定和極不穩(wěn)定（編號分別為Ⅳ類和Ⅴ類），具體圍巖分類指標參考值見表1[1-2]。

表1 巷道圍巖穩(wěn)定性分類指標參考值

根據(jù)圖1測試結(jié)果，結(jié)合巷道圍巖穩(wěn)定性的分類標準，具體進行膠帶順槽圍巖穩(wěn)定性的分類。

（1）分類指標

根據(jù)玉溪煤礦1301工作面膠帶順槽內(nèi)鉆孔所取巖芯巖性分析結(jié)果及地質(zhì)資料，得出與膠帶順槽圍巖穩(wěn)定性分類相關(guān)的7個參數(shù)及其變化范圍見表2。

表2 巷道圍巖穩(wěn)定性分類基本參數(shù)

表2巷道穩(wěn)定穩(wěn)定性分類的7個基本分類參數(shù)，其參數(shù)值的選取分別為：①頂板巖石單軸抗壓強度取為頂板巖層2倍巷道寬度深度內(nèi)煤巖體單軸抗壓強度平均值；②底板巖石單軸抗壓強度取為底板巖層巷道寬度深度內(nèi)煤巖體單軸抗壓強度的平均值；③巷幫煤層單軸抗壓強度按煤層的單軸抗壓強度取值；④巷道埋深指巷道位置與地表的垂直距離，玉溪煤礦1301工作面巷道平均埋深500 m左右；⑤護巷煤柱寬度指巷道一側(cè)煤柱的實際寬度；⑥采動影響系數(shù)指因工作面回采引起的超前支承壓力影響，對于回采巷道來說N值等于直接頂板厚度除以煤層采高；⑦圍巖完整性指數(shù)指圍巖節(jié)理、裂隙、層理的影響程度，取D=12～15[3]。

（2）分類結(jié)果

根據(jù)圍巖穩(wěn)定性分類方案見表1，1301工作面膠帶順槽圍巖的7項基本分類參數(shù)，結(jié)合表1和表2確定玉溪煤礦1301工作面膠帶順槽圍巖屬于Ⅳ類不穩(wěn)定圍巖。

3 圍巖控制技術(shù)

3.1 基于巷道圍巖類型建議的錨桿支護參數(shù)

基于煤巷錨桿支護技術(shù)規(guī)范可知，Ⅳ類巷道圍巖的基本支護應(yīng)該選用錨桿+W鋼帶+網(wǎng)，或增加錨索桁架+網(wǎng)，或增加錨索[4-5]。

3.2 支護方案設(shè)計

根據(jù)1301工作面膠帶順槽圍巖穩(wěn)定性的分類結(jié)果，確定巷道支護方式為錨桿（索）+金屬網(wǎng)+鋼筋梯子梁；結(jié)合巷道的具體地質(zhì)條件進行各項支護參數(shù)的設(shè)計，支護方案如下：

（1）頂板支護：采用高強度左旋螺紋鋼錨桿，桿體的材質(zhì)為HRB335鋼材；托盤采用長×寬×厚=150 mm×150 mm×10 mm的高強度拱形托盤；錨桿的錨固方式為樹脂加長錨固。錨索采用高強度1×7股鋼絞線；托盤采用長×寬×厚=300 mm×300 mm×10 mm的高強度拱形托盤，錨固方式采用樹脂加長錨固。為保證頂板支護的整體性，采用鋼筋梯子梁將錨桿索有效連接，鋼筋梯子梁長度×寬度為5400 mm×80 mm。采用網(wǎng)孔尺寸為50 mm×50 mm菱形金屬網(wǎng)進行護表，具體支護參數(shù)見表3，支護形式見圖2。

表3 膠帶順槽頂板錨桿（索）支護參數(shù)

（2）巷幫支護：幫部錨桿材質(zhì)、規(guī)格、錨固方式、托盤材質(zhì)和規(guī)格、鋼筋梯子梁等的各項參數(shù)均與頂板支護參數(shù)相同，支護斷面內(nèi)錨桿每排布置4根，幫部靠近頂角的錨桿與水平方向成20°布置，其余錨桿均垂直于巷道幫部布置，具體支護參數(shù)見表4，支護形式見圖2。

表4 膠帶順槽巷幫錨桿支護參數(shù)

圖2 膠帶順槽支護布置

3.3 支護效果分析

為分析1301工作面膠帶順槽的支護效果，在巷道里程100m的位置設(shè)置監(jiān)測站，監(jiān)測巷道頂?shù)装寮皟蓭鸵平?，根?jù)監(jiān)測結(jié)果，繪制圍巖變形量隨與掘進迎頭距離變化曲線見圖3。

圖3 掘進期間巷道表面位移曲線

分析圖3可知，膠帶順槽掘進期間，巷道圍巖的變形量隨與掘進迎頭距離的增大而逐漸增大，頂?shù)装逡平恐饕l(fā)生在掘進工作面后方0～40m，當監(jiān)測斷面滯后掘進工作面40 m后，頂?shù)装遄冃嗡俾蚀蠓鶞p小，變形逐漸趨于穩(wěn)定，兩幫變形主要發(fā)生在掘進工作面后方25～70m，監(jiān)測斷面滯后工作面70 m后，兩幫變形基本達到穩(wěn)定狀態(tài)。通過對比頂?shù)装逡平颗c兩幫移近量可知，巷道圍巖變形中兩幫移近量相對較大，導(dǎo)致兩幫變形量大的主要原因為3#煤較為松軟。巷道圍巖變形穩(wěn)定后，兩幫和頂?shù)装逡平康淖畲笾捣謩e為22 mm和86 mm，巷道掘進期間的圍巖變形量整體較小。

4 結(jié)語

1）通過進行1301工作面膠帶順槽圍巖力學(xué)測試，得出巷道頂?shù)装甯鲙r層物理力學(xué)參數(shù)及圍巖結(jié)構(gòu)圖。

2）基于圍巖力學(xué)測試結(jié)果，結(jié)合巷道圍巖穩(wěn)定性分類標準，確定1301工作面膠帶順槽屬于Ⅳ類不穩(wěn)定圍巖，并針對圍巖分類結(jié)果，建議支護形式及部分支護參數(shù)。

3）根據(jù)巷道圍巖類型建議的錨桿支護參數(shù)，結(jié)合巷道具體特征，確定巷道采用錨桿（索）+金屬網(wǎng)+鋼筋梯子梁聯(lián)合支護，并通過掘進期間的巷道表面位移觀測結(jié)果知，圍巖變形量較小，圍巖控制效果良好。