五里堠煤礦巷道二次支護技術(shù)實踐

（山西潞安集團左權(quán)五里堠煤業(yè)有限公司，山西 左權(quán) 032600）

深部開采由于其“三高一擾動”的特點，導(dǎo)致巷道難以保證支護效果。因高地應(yīng)力的原因?qū)е孪锏滥昃檬蓿植恐ёo效果較差，對此，大量學者進行研究：何滿潮[1]通過理論分析、現(xiàn)場調(diào)研、室內(nèi)試驗的方法，確定軟巖巷道的變形破壞機制，通過分析巷道內(nèi)部巖石破壞特征，針對膨脹性軟巖提出預(yù)留剛隙柔層支護的方法，有效改善了巷道內(nèi)部力學狀態(tài)，維護了巷道穩(wěn)定；單曉云[2]針對構(gòu)造應(yīng)力場下不同回采順序?qū)\輸巷道的影響結(jié)果分析，指出在保證巷道處于雙向等壓應(yīng)力場時，可減輕或避免支承壓力對回采巷道的影響；任建喜[3]通過建立與實際支護相同的數(shù)值模擬計算模型，結(jié)合現(xiàn)場監(jiān)測結(jié)果，提出在一次支護上留設(shè)柔墊層讓壓聯(lián)合支護方式，以適應(yīng)三軟煤層變形特征；李金泉[4]針對特厚煤層擴修巷道圍巖變形量大、支護效果差等問題，通過理論分析與數(shù)值模擬方法，確定力學計算模型，最終確定采用錨網(wǎng)噴聯(lián)合支護保證巷道維護效果；孟武峰[5]為了確定采動影響下，巷道變形破壞影響程度，通過理論分析與數(shù)值模擬的方法，分析圍巖變形特征，結(jié)合極限平衡理論，分析了大巷變形破壞的原因。

上述研究成果雖然在一定程度上解決了高應(yīng)力軟巖巷道的變形控制問題，但由于礦區(qū)地質(zhì)條件不同，難以取得廣泛適用性，本文以五里堠煤礦下組煤膠帶運輸下山為實例，通過綜合分析與現(xiàn)場實測的方法，對深部開采軟巖巷道二次支護技術(shù)進行應(yīng)用探索。

1 工程背景

五里堠煤礦下組煤膠帶運輸下山屬開拓巷道，由于其服務(wù)年限長，在深部開采高地應(yīng)力影響下，巷道年久失修，存在巷道局部片幫、底鼓等問題，現(xiàn)場巷道變形破壞情況見圖1。已有支護已難以保證巷道支護效果，故需要對該巷道進行二次支護技術(shù)，保證在服務(wù)年限內(nèi)巷道的安全穩(wěn)定。

圖1 巷道變形破壞

下組煤煤層平均厚度6m，平均傾角10°。下組煤膠帶運輸下山平均埋深550m，巷道上方偽頂為泥巖，厚0.8m，直接頂為粉砂巖，厚1.2m，老頂為細粒砂巖，厚17 m；直接底為泥巖，厚1.5m，老底為砂質(zhì)泥巖，厚3m，巷道所處圍巖環(huán)境內(nèi)整體巖性強度較低，加之隨著服務(wù)年限的不斷增長，高地應(yīng)力產(chǎn)生的巷道變形現(xiàn)象較為嚴重，對下組煤膠帶運輸下山進行二次支護十分必要。

巷道斷面為直墻半圓拱形，巷道凈寬為4.74m，凈高為4.3m，其中墻高2m，拱高2.3m，一次支護時拱部使用高強度左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，桿體Φ20 mm，長度為2400 mm，間排距均為800 mm×900 mm，拱部每排布置8根錨桿；在巷道頂部打設(shè)3根錨索加強支護，桿體Φ17.8 mm，長度為6300 mm，錨索間排距為800 mm×1800 mm；幫部使用高強度左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，桿體Φ20 mm，長度為2400 mm，間排距均為800 mm×900 mm，幫部每側(cè)每排3根錨桿，巷道支護斷面見圖2。

圖2 一次支護斷面

2 鉆孔觀測

對下組煤膠帶運輸下山巷道進行鉆孔窺視，鉆孔窺視位置選定為巷道內(nèi)圍巖變形量較大位置，鉆孔窺視結(jié)果見圖3。

圖3 現(xiàn)場鉆孔窺視

由圖3可知，鉆孔深部為2.043m時，鉆孔內(nèi)部圍巖發(fā)生破碎，隨著鉆孔深度的不斷增大，圍巖破碎情況不斷加劇，考慮巷道自身支護主要以錨桿支護為主，錨桿長度2.4m，圍巖2.5m處破碎現(xiàn)象較為嚴重，故可認為巷道松動圈范圍為2.5m，此時巷道錨桿支護已部分失效。

3 原因分析

1）時間及空間效應(yīng)。巷道自2013年2月開始施工，隨著時間的推移，巷道服務(wù)年限不斷增長，在巷道服務(wù)年限范圍內(nèi)，巷道變形破壞不斷加劇，頂板離層及底板底鼓現(xiàn)象不斷發(fā)生。

2）高地應(yīng)力的作用。巷道平均埋深550m，屬深部開采巷道。地應(yīng)力測試結(jié)果顯示，下組煤膠帶運輸下山附近鉛直應(yīng)力16.5MPa，水平應(yīng)力31.23MPa，側(cè)壓系數(shù)較大，同時由于巷道周圍軟弱巖層較多，泥巖等膨脹性軟巖在礦井水理作用下同樣削弱了支護效果，圍巖一次支護體隨時間的推移，巖體自身蠕動，巷道變形破壞嚴重。

3）支護體失效。鉆孔窺視結(jié)果表明，巷道圍巖在2.5m范圍時圍巖破碎現(xiàn)象較為嚴重，考慮錨桿實際支護效果，在2.5m范圍以外錨桿支護難以取得效果，故可通過增加錨索改善巷道圍巖變形特征。

4）底板軟弱。巷道底板為泥巖與砂質(zhì)泥巖，巖體內(nèi)部含大量動植物化石，巖石具有遇水膨脹性，在礦井水理作用下，底板遇水發(fā)生膨脹，巷道底板出現(xiàn)底鼓現(xiàn)象。

4 工程實踐

下組煤膠帶運輸下山目前已出現(xiàn)巷道局部片幫、底鼓等問題，支護效果已不滿足安全需求，此時巷道圍巖積聚的能量已有效釋放，且一次支護效果尚未完全消除，故在這一階段采取巷道二次支護效果能夠取得一定程度的效果。

4.1 支護方案

結(jié)合下組煤膠帶運輸下山變形破壞原因分析結(jié)果，考慮錨桿實際支護長度難以達到控制圍巖變形的效果，故通過增加錨索的數(shù)量以維護巷道變形，在原有支護基礎(chǔ)上，在頂板上方拱部每排增加錨索6根，增加后錨索間距800 mm，排距1800 mm，錨索托盤選用200 mm×200 mm×16 mm 拱形高強度托盤，與一次支護錨桿呈“插花式”分布，錨索錨固劑選用2根MSCK2535及3根MSK2550數(shù)值錨固劑進行錨固劑，設(shè)置錨索預(yù)緊力不小于250 kN。

考慮巷道底板為泥巖，屬膨脹性軟弱巖層，故在巷道幫部增加錨索2根。錨索位置位于一次支護幫部下位2根錨桿中線處，錨索偏轉(zhuǎn)角15°，規(guī)格與拱部2次支護錨索參數(shù)相同，同時在巷道底板范圍內(nèi)施加反底拱措施，設(shè)置拱矢高為400 mm、厚度為300 mm的反底拱，混凝土強度選用C30混凝土，并在巷道圍巖范圍內(nèi)進行70 mm 厚的噴漿處理，噴射混凝土規(guī)格選定為C20混凝土。二次支護斷面見圖4。

圖4 二次支護方案支護斷面

4.2 效果監(jiān)測

選取下組煤膠帶運輸下山中選取100m范圍巷道作為試驗巷道，在施工二次支護后，通過對巷道變形量進行為期30天的位移變形監(jiān)測，測站布置在試驗巷道內(nèi)部，測站間距50m，共計設(shè)立2個測站，測站布置平面見圖3。監(jiān)測結(jié)果見圖5。1#測站位于試驗段巷道前方20m處，由圖5（a）可知，1#測站在支護后前5天范圍內(nèi)巷道變形量較大，頂?shù)装逡七M量在第5天達到13 mm；在5～12天范圍內(nèi)，頂?shù)装逡七M量達到20 mm；12天后達到穩(wěn)定，最終最大頂?shù)装逡七M量在22 mm左右；兩幫移進量在前12天范圍內(nèi)增長較大，12天后趨于穩(wěn)定，最大兩幫移進量在15 mm左右。

2#測站位于試驗段巷道前方40m處，由圖5（b）可知，2#測站在支護前后12天范圍內(nèi)，巷道變形量較大，12天后趨于穩(wěn)定，最終頂板最大下沉量維持在23 mm左右，最大兩幫移進量維持在16 mm左右。

圖5 監(jiān)測結(jié)果

上述實驗結(jié)果表明，在巷道內(nèi)采取二次支護，能夠有效控制巷道變形，試驗段巷道變形量基本在二次支護后12天左右趨于穩(wěn)定，最大頂板下沉量基本維持在22 mm，最大兩幫移進量基本維持在16 mm。

5 結(jié)語

1）結(jié)合鉆孔窺視及巷道破壞原因分析結(jié)果，巷道圍巖在深2.5m時圍巖破碎現(xiàn)象嚴重，此時錨桿支護體未起到應(yīng)有的支護作用；底板屬膨脹性軟巖，底鼓現(xiàn)象嚴重。

2）通過增加拱部幫部錨索數(shù)量、設(shè)置反底拱、對巷道進行噴漿處理等方式，以維護巷道穩(wěn)定。

3）實測數(shù)據(jù)表明，試驗段巷道在二次支護后12天左右趨于穩(wěn)定，最大頂板下沉量基本維持在22 mm，最大兩幫移進量基本維持在16 mm，二次支護取得了良好的圍巖控制效果。