泥巖復(fù)合底抽巷變形圍巖控制技術(shù)研究

史海鵬

（山西晉煤集團宏圣公司，山西 晉城 048006）

1 概況

岳城煤礦主采3#煤層，由于本煤層瓦斯抽采效果不理想，因此在綜采工作面采用底抽巷抽采方式進行瓦斯治理。以1303 工作面為例，底抽1 巷層位選擇在K6 灰?guī)r和K7 砂巖之間，K6 灰?guī)r和K7砂巖之間巖層厚度平均在2～3 m 左右，巷道高度為3.3 m。1303 工作面底抽巷位置如圖1。

底抽1 巷在施工至200 m 左右時，由于頂板工程用水和抽采鉆場采動的相互作用，造成原支護結(jié)構(gòu)失效、頂板離層掉渣嚴(yán)重，必須對底抽巷失穩(wěn)情況進行分析，對原巷道圍巖控制方案進行改進。

2 底抽巷原支護

底抽巷原采用錨網(wǎng)梁聯(lián)合支護+錨索補強方式，其巷道支護設(shè)計及頂板（A 向）、兩幫（B 向、C 向）支護設(shè)計如圖2、圖3。

圖1 1303 工作面底抽巷布置圖

底抽巷毛高3.3 m，凈高3.2 m，毛寬5 m，凈寬4.8 m，采用錨網(wǎng)梁聯(lián)合支護+錨索補強方式。頂板支護采用MSGLW-500/22-2000-M24 型錨桿，排距1200 mm，間距1100 mm，每排5 根錨桿，以巷道中心線居中向兩側(cè)布置，靠幫側(cè)錨桿距幫300 mm，配合T4600×80/16-80×80-5 鋼筋托梁；錨網(wǎng)采用10#鐵絲編織的金屬菱形網(wǎng)護頂，型號為JW10/35-1.4×5.4。補強支護采用規(guī)格為SKP22-1/1720-6300型錨索，尾部配有高強度鎖具，排距為1200 mm，間距為1800 mm，每排2 根錨索，以巷道中心線居中向兩側(cè)布置，靠幫側(cè)錨桿距幫1600 mm，與頂板垂直打注。巷幫支護錨桿排距1200 mm，間距為1000 mm，每排三根錨桿，頂角錨桿距頂板400 mm，底角單體錨桿距底板900 mm；錨索與錨桿按排間隔布置，排距為1200 mm，間距1200 mm，每排2 根錨索，最上一根錨索距頂800 mm，最下一根錨索距底1300 mm，配合T1400×80/16-80×80-2鋼筋托梁。

圖2 巷道原支護斷面設(shè)計圖

圖3 巷道原頂板、兩幫支護設(shè)計圖

3 原支護失效原因分析

失效段底抽巷的頂板錨固范圍內(nèi)自下而上巖性已變異為泥巖+K7 砂巖+泥巖，局部為全泥巖。監(jiān)測結(jié)果表明，底抽巷圍巖變形嚴(yán)重的區(qū)域頂?shù)装逡平恳殉^1 m，其中頂板下沉量約0.7～1.0 m，底鼓量約0.3 m，兩幫移近量約0.3 m，兩幫中上部經(jīng)常出現(xiàn)兜網(wǎng)現(xiàn)象，兜網(wǎng)形狀大體為上窄下寬紡錘型，平均寬15～30 cm，長40～60 cm，形成的兜網(wǎng)大都處于相鄰兩排錨桿之間，且沿底抽巷走向兩幫中上部連續(xù)分布20～30 排。此外現(xiàn)場資料還表明，底抽巷圍巖極易風(fēng)化和水化，抽采鉆場施工過程中常伴有圍巖破碎片幫現(xiàn)象。由岳城礦3#煤底抽巷圍巖變形的時空分布特征可知，底抽巷抽采鉆場的擾動對其圍巖變形影響顯著，這同時與底抽巷圍巖類型及其力學(xué)特性直接相關(guān)。

4 方案設(shè)計

綜合3#煤層地質(zhì)情況、現(xiàn)場揭露巖層信息和底抽巷圍巖變形規(guī)律，對比底抽巷原支護方案，提出了泥巖+K7 砂巖+泥巖頂板條件下錨網(wǎng)索噴支護方案，在此基礎(chǔ)上進行補強或架棚支護。

泥巖+K7 砂巖+泥巖頂板條件下巷道支護設(shè)計如圖4、圖5。

圖4 泥巖+K7 砂巖支護斷面設(shè)計圖

當(dāng)頂板直接頂為泥巖，之上為K7 砂巖，且直接頂泥巖厚度小于4.5 m 的區(qū)域，初設(shè)支護在原支護上進行如下動態(tài)調(diào)整：針對施工過程中頂板較破碎，可根據(jù)鉆孔窺視等測試手段，確定主要離層區(qū)或破碎區(qū)高度，將頂板每排全部錨桿或除兩頂角錨桿替換為6300 mm 的錨索，其他支護方式不變；針對巷道施工過程中遇圍巖發(fā)生不穩(wěn)定變化或構(gòu)造時，將排距縮小為1 m，其他支護方式不變；若幫部圍巖條件較好，可不打設(shè)排距為1200 mm 的錨索，將每排自上而下的第一根和第二根錨桿或僅第二根錨桿替換為型號SKP22-1/1720-5300 的錨索，其他支護參數(shù)不變；針對幫部圍巖條件較差，可將每排自上而下的第一和第二根錨桿替換為型號SKP22-1/1720-5300 的錨索，并保留排距為1200 mm 的兩根錨索或第一根錨索，其他支護參數(shù)不變。

圖5 泥巖+K7 砂巖頂板、兩幫支護設(shè)計圖

5 對比分析

與底抽巷原支護方案相比，優(yōu)化支護方案充分考慮了底抽巷礦壓特征、變形機制及圍巖結(jié)構(gòu)類型的因素對底抽巷穩(wěn)定性的影響，除了錨桿索布置參數(shù)有不同之處，優(yōu)化方案在兩幫增加補強錨索對兩幫中上部巖體受密集抽采鉆孔打設(shè)擾動而變形的抑制能力，從而提高了兩幫對頂板支持的剛度和強度，進一步加大了對頂板下沉變形的控制能力。此外，底抽巷還可以通過掘支后的及時初噴和抽采擾動后的二次復(fù)噴封閉措施及抽采鉆場施工前后兩次注漿加固措施，很大程度上降低掘進和抽采鉆場施工過程中對圍巖的振動破碎、水侵泥化等弱化擾動，提高圍巖的抗風(fēng)化和抗浸水能力，提高圍巖結(jié)構(gòu)的完整程度及圍巖的剛度和強度。

6 現(xiàn)場試驗及結(jié)論

在1303 工作面底抽1 巷布置綜合測站，分別對350 m 范圍內(nèi)巷道原支護地段和優(yōu)化支護后地段巷道頂板、兩幫圍巖變形情況進行實時觀測，其結(jié)果如圖6。

圖6 礦壓觀測數(shù)據(jù)對比圖

由圖6 可知，1303 底抽1 巷采用原支護方案時，巷道初期變形雖然得到控制，但隨著掘進距離的不斷增加，頂板圍巖受力不斷集中，最終在200 m 左右圍巖塑性被破壞，出現(xiàn)大量離層。采用優(yōu)化支護方案后，巷道主動支護能力顯著增加，頂?shù)装?、兩幫圍巖變形情況明顯降低，隨著巷道掘進并基本保持穩(wěn)定。說明優(yōu)化后支護方案能夠明顯提高對圍巖變形的控制能力，尤其是在兩幫增加錨索補強，對兩幫中上部巖體受密集抽采鉆孔打設(shè)擾動而引起的變形起到了較好的抑制作用，提高了兩幫對頂板支持的剛度和強度，進一步加大了對頂板下沉變形的控制能力。