多次動壓影響下大斷面盤區(qū)巷道支護研究

閆張寧

（山西晉城無煙煤礦業(yè)集團有限責任公司寺河煤礦，山西 晉城 048000）

1 工程概況

寺河礦東四盤區(qū)大巷受到4305、3313 工作面動壓影響，巷道變形劇烈，出現(xiàn)底鼓、幫鼓現(xiàn)象，在巷道交岔口附近區(qū)域變形表現(xiàn)尤為突出。常規(guī)處理手段為刷幫起底配合補打錨索加固，該方法費時費力且支護效果較差，因而需要對其動壓變形機理進行研究，以確定經(jīng)濟有效的加固措施[1-4]。試驗地點初步選定東四盤區(qū)西翼回風巷，東為4304工作面，南為回風二巷、4305 和3313 工作面，北為西翼中部膠帶巷。東四盤區(qū)巖性綜合柱狀圖如圖1。

2 巷道變形特征

根據(jù)現(xiàn)場實地調(diào)研情況，東四盤區(qū)西翼回風巷變形情況如下圖2 所示。

圖1 東四盤區(qū)巖性綜合柱狀圖

圖2 東四盤區(qū)巷道變形類型圖

（1）劇烈底鼓。底鼓變形嚴重，主要表現(xiàn)為底板巖層擴容、松散破碎。由于巷道所處位置和受力的不同，底鼓變形主要表現(xiàn)為三種形式，如圖2。巷道局部底鼓量在1.5～2 m 之間，導致通風斷面減小，行人通行困難，影響礦井正常生產(chǎn)。

（2）兩幫嚴重收斂。瓦斯抽采導致煤幫松散破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育，在高應力作用下圍巖向巷道內(nèi)部發(fā)生劇烈內(nèi)擠，在巷幫頂角和底角產(chǎn)生“拉抽屜”式變形破壞。巷道局部區(qū)域工作面?zhèn)让簬鸵平窟_0.6～1.2 m，現(xiàn)場巷修過程中發(fā)現(xiàn)煤幫淺部2 m內(nèi)煤體松軟破碎，基本喪失承載能力。

（3）頂煤破碎。西翼回風巷沿煤層底板掘進，受到強烈動壓影響，頂煤完整性較差，形成明顯墜包。隨著墜包范圍的增長，錨索支護系統(tǒng)難以發(fā)揮主動支護作用，導致錨索淪為被動承載結(jié)構(gòu)。

（4）變形時間長。西翼回風巷經(jīng)數(shù)次巷修后圍巖變形仍在持續(xù)，現(xiàn)場累計起底量3.4 m。巷道底鼓引起兩幫收縮變形，兩幫收縮又導致巷道底鼓加劇，兩者相互影響，形成惡性循環(huán)，導致巷道長期處于不穩(wěn)定狀態(tài)[5]。

3 巷道加固方案

3.1 巷幫注漿加固參數(shù)

根據(jù)現(xiàn)場巷道變形情況和幫部鉆孔窺視結(jié)果，巷幫淺部破壞范圍為2～3 m，選用巷幫注漿的方法對巷道進行加固，確定注漿鉆孔施工長度為3 m。鉆孔呈“三花”布置，孔間距6 m，上下排孔距頂?shù)装寰鶠?.9 m。為防止串漿，可優(yōu)先施工下排孔，待下排孔注漿作業(yè)完成后再施工上排孔。注漿鉆孔布置如圖3。

圖3 幫部注漿鉆孔布置圖

圖4 頂板注漿鉆孔布置圖

3.2 頂板注漿加固參數(shù)

根據(jù)現(xiàn)場頂板窺視結(jié)果可知，巷道破壞深度為6 m，選取注漿鉆孔長度6 m，排距6 m。為避免出現(xiàn)鉆孔漏漿的現(xiàn)象，鉆孔位置可根據(jù)現(xiàn)場具體情況進行局部調(diào)整，距離錨桿（索）、瓦斯抽放孔有適當距離。頂板注漿鉆孔布置如圖4。

3.3 預應力錨索補強

巷道注漿加固完畢后進行錨索補強支護作業(yè)。頂板補強選用Ф22 mm×7300 mm 錨索，錨索間排距為1400 mm×1000 mm，每排4 根，預緊力為250 kN；幫部補強選用Ф22 mm×4300 mm 錨索，錨索間排距1100 mm×1000 mm，預緊力150 kN。錨索補強支護設計如圖5。

圖5 錨索補強支護示意圖

4 圍巖變形監(jiān)測

西翼回風巷全長450 m，巷內(nèi)布置四處測站，現(xiàn)取50 m 處巷道變形監(jiān)測情況進行分析。西翼回風巷表面位移變形圖如圖6。

圖6 西翼回風巷表面位移變形圖

由圖6 可知，50 m 處測站巷道兩幫移近量最大值為35 mm，頂?shù)装逡平孔畲笾禐?8 mm，均為巷道原始尺寸的百分之一左右。現(xiàn)場觀測結(jié)果表明：動壓影響巷道經(jīng)注漿加固+錨索補強后，巷道變形得到有效控制，充分表明優(yōu)先通過注漿作業(yè)充填圍巖裂隙達到提高圍巖承載能力的目的，配合高預應力錨索形成主動支護系統(tǒng)，達到控制巷道有害變形的目的。

5 安全技術(shù)措施

（1）落實巷道圍巖鉆孔窺視工作，注漿鉆孔參數(shù)根據(jù)現(xiàn)場窺視結(jié)果實時進行調(diào)整，隨著圍巖淺部裂隙發(fā)育范圍的不同，注漿鉆孔深度及時調(diào)整。

（2）注漿作業(yè)過程中，充分保證單孔注漿量和注漿壓力，嚴格落實考核措施，因串孔、漏漿造成的單孔注漿量偏低要及時進行補注，確保圍巖注漿加固效果。

（3）錨索補強要滯后于注漿作業(yè)，待漿液凝固淺部圍巖具有承載力后再進行補強作業(yè)，錨索補強參數(shù)嚴格按照施工措施進行，確保錨索預緊力、錨固力等關(guān)鍵參數(shù)達到設計標準。

6 結(jié)論

（1）東四盤區(qū)西翼回風巷先后經(jīng)歷數(shù)次巷修，圍巖變形仍未得到有效控制?，F(xiàn)場調(diào)研表明，西翼回風巷變形主要表現(xiàn)為幫鼓底鼓、頂煤松軟破碎、巷道持續(xù)變形。動壓影響下巷道失穩(wěn)變形的本質(zhì)是圍巖內(nèi)部產(chǎn)生大量再生裂隙，圍巖完整性被削弱，承載能力顯著降低，導致巷道處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

（2）針對東四盤區(qū)西翼回風巷受多次動壓影響變形嚴重、服務周期長、巷道群應力集中程度高等特點，確定采用注漿加固+預應力錨索補強綜合措施控制巷道變形。井下礦壓監(jiān)測表明，預注漿+錨索補強耦合措施有效控制了受動壓影響巷道的長期持續(xù)變形，徹底改變了其反復巷修的被動局面。