采空區(qū)下高應(yīng)力回采巷道圍巖修復(fù)技術(shù)研究與應(yīng)用

趙樹(shù)豐

(西山煤電呂梁德威公司，山西 太原 030022)

引 言

近年來(lái)，隨著煤炭資源的持續(xù)開(kāi)采，采空區(qū)及預(yù)留煤柱對(duì)巷道圍巖所處環(huán)境的采動(dòng)影響，孤島工作面回采巷道亦受到臨近的采空區(qū)側(cè)向壓力以及回采面采動(dòng)壓力雙重作用，圍巖控制較為困難，造成了許多礦區(qū)相繼都出現(xiàn)了用傳統(tǒng)的支護(hù)方法難以控制的高應(yīng)力巷道，巷道圍巖表現(xiàn)出明顯的大變形、長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)變形的特性，給煤礦的安全生產(chǎn)帶來(lái)了極大威脅，在此背景下應(yīng)采取主動(dòng)支護(hù)形式對(duì)巷道進(jìn)行二次加固，降低采動(dòng)影響對(duì)巷道的破壞。

1 工程概況

官地礦33423工作面可采長(zhǎng)度960 m，正巷0 m～148 m、170 m～210 m、335 m～355 m和副巷0 m～330 m、435 m～450 m段上部為實(shí)體煤柱，其余段上部為采空區(qū)或空巷，隨回采推進(jìn)，兩巷變形量大，主要體現(xiàn)為原支護(hù)頂板破碎、局部離層下沉，頂錨桿、錨索有斷損現(xiàn)象，拱架折斷；底板底鼓，底鼓量0.5 m～1 m，巷道掘送高度3.5 m，變形后高度2.2 m～3 m；兩幫收斂，巷道掘送寬度4.2 m，現(xiàn)寬度3.2 m～3.7 m。副巷已使用掘進(jìn)機(jī)從50 m至330 m進(jìn)行了拉底，拉底后巷道高度達(dá)到3.5 m，190 m至330 m兩幫進(jìn)行了刷擴(kuò)，寬度達(dá)到3.5 m以上，但仍有來(lái)壓顯現(xiàn)，為確保安全順利回采，在該工作面采用高應(yīng)力回采巷道圍巖修復(fù)技術(shù)。

2 高應(yīng)力回采巷道圍巖修復(fù)技術(shù)

采用以錨注加固理論為核心，以注水泥為核心的雙液漿等加固材料的合理方案在采空區(qū)下破碎圍巖巷道中產(chǎn)生環(huán)狀再生巖體，采用錨注微裂隙圍巖改性方案，即：“中空注漿錨桿+中空注漿錨索”形成“深-淺”耦合全斷面錨注加固支護(hù)[1-2]，通過(guò)這種“深-淺”耦合加固作用，使得巷道圍巖在不同深度處都形成再生巖體，在提高圍巖整體性的同時(shí)，形成深部和淺部圍巖相互支撐、互為承載體的耦合加固支護(hù)新技術(shù)，主動(dòng)加固圍巖，提高圍巖自身強(qiáng)度和承載能力，大大改善巷道的支護(hù)效果[3-4]，優(yōu)化后的巷道支護(hù)方案,可以有效保證巷道圍巖的穩(wěn)定，確保33423回采工作順利開(kāi)展。

3 方案設(shè)計(jì)

3.1 支護(hù)形式

33423工作面副巷巷道修復(fù)設(shè)計(jì)工作，采用中空注漿錨索配以超強(qiáng)礦用無(wú)機(jī)材料注漿以改變圍巖物理力學(xué)性質(zhì)提高圍巖強(qiáng)度。

3.2 支護(hù)材料及參數(shù)

1) 頂板錨索：采用SKZ22-1/1860型注漿錨索，直徑22 mm，錨索長(zhǎng)度采用7 300 mm，間排距為1 800 mm×2 000 mm，平行布置，如第178頁(yè)圖1所示。

2) 幫部錨索：采用SKZ22-1/1860型注漿錨索，直徑22 mm，錨索長(zhǎng)度采用4 300 mm，間排距為1 600 mm×2 000 mm，平行布置。

3) 固表材料：ZTS-Ⅲ型固安瑞固表材料。

圖1 注漿錨索布置示意圖

4 施工流程

4.1 施工流程

①按間排距鉆孔→②壓風(fēng)掃孔→③安裝注漿錨索及止?jié){塞→④安裝托盤(pán)張拉預(yù)緊→⑤安裝球形閥及注漿管→⑥檢查頂板完整性及裂隙發(fā)育程度→⑦噴漿(如巷道表面有裂隙)→⑧開(kāi)泵攪拌配漿并注漿(緩慢增壓)→⑨達(dá)到注漿參數(shù)時(shí)停止注漿→⑩30 min后卸下球形閥，但不要過(guò)分用力，只要托盤(pán)貼緊巷壁，用板手上緊螺母即可。

4.2 巷道斷面內(nèi)錨注順序

在斷面內(nèi)注漿錨桿施工時(shí)順序：先從底板開(kāi)始鉆孔注漿，原則上鉆一孔安裝后立即注漿；底板注完再?gòu)膬蓚?cè)由下向上對(duì)稱(chēng)鉆孔注漿，最后頂部注漿，其順序?yàn)?→2→3→4→5→6。見(jiàn)示意圖2a)。

4.3 按巷道縱向錨注順序

在巷道縱向采用隔排注漿，其順序?yàn)?-1斷面→3-3斷面→5-5斷面→2-2斷面→4-4斷面→6-6斷面，重復(fù)上述過(guò)程。如圖2b)所示。

圖2 錨注施工順序示意圖

5 工程應(yīng)用效果

工作面開(kāi)始回采后，兩巷變形劇烈，隨機(jī)采取該加固技術(shù)，副巷共加固300 m，正巷加固了100 m，在副巷100 m、200 m、300 m處分別設(shè)置3個(gè)圍巖變形觀測(cè)點(diǎn)，每2天使用十字布點(diǎn)法對(duì)巷道變形量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，測(cè)點(diǎn)布置如圖3所示。

圖3 “十字”布點(diǎn)法(面向采空區(qū))

第179頁(yè)表1為2#測(cè)點(diǎn)原始記錄，表2為2#測(cè)點(diǎn)加強(qiáng)支護(hù)后原始記錄。

通過(guò)對(duì)3個(gè)測(cè)點(diǎn)加套反底梁前后巷道收斂量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析比較，結(jié)果如第179頁(yè)圖4所示。

從圖中可以得出：

1) 在未加強(qiáng)支護(hù)前，隨工作面的推進(jìn)，不同測(cè)點(diǎn)的底鼓量均呈現(xiàn)指數(shù)增長(zhǎng)形式，最大變形量達(dá)到480 mm，占頂?shù)装逡平康?5%，此時(shí)巷道變形劇烈，必須進(jìn)行整巷后方可繼續(xù)生產(chǎn)，且越靠近工作面，受采動(dòng)影響越明顯，底鼓量也越大。

2) 當(dāng)加強(qiáng)支護(hù)后，隨工作面的推進(jìn)，底鼓量仍呈指數(shù)形式增長(zhǎng)，但不同測(cè)點(diǎn)的底鼓量均大幅降低，最大變形量為210 mm，僅為施工前的31.8%。

3) 加強(qiáng)支護(hù)后，頂板下沉量由前20天的160 mm降低至后20天的49 mm，減少了69%，兩幫移近量由前20天的131 mm降低至后20天的96 mm，減少了26.7%。

6 結(jié)論

1) 通過(guò)采用該圍巖修復(fù)技術(shù)，原有已破壞變形巷道經(jīng)過(guò)返修后變形量較原有支護(hù)強(qiáng)度下較少了69%，兩幫移近量減少了26.7%。

表1 工作面正巷順槽表面位移觀測(cè)原始數(shù)據(jù)記錄表

表2 工作面正巷順槽加套反底梁表面位移觀測(cè)原始數(shù)據(jù)記錄表

圖4 布設(shè)測(cè)點(diǎn)在加固前后底鼓量變形曲線圖

2) 巷道修復(fù)加固后可采區(qū)域經(jīng)濟(jì)效益得到顯著提高。