15104運輸巷過陷落柱段巷道綜合支護技術應用

韓俊文

（陽泉煤業(yè)(集團）平定裕泰煤業(yè)有限公司，山西 平定 045200）

我國煤礦以井工開采為主，需要掘進大量的地下巷道，由于地殼板塊不規(guī)律的運動，導致煤層賦存條件復雜多變[1]，在煤層中掘進回采巷道時，有時會遇到復雜構造，如斷層、沖刷、陷落柱等。其中陷落柱是由地下流水長期溶蝕石灰?guī)r形成溶洞，后期溶洞受到構造應力作用產生垮塌而形成的不規(guī)則圓柱狀體，因此也稱之為巖溶[2-3]。巷道掘進過程中遇到陷落柱時，由于其周圍應力環(huán)境復雜、圍巖完整性較差，巷道極易發(fā)生大變形現(xiàn)象，且普通的支護結構易出現(xiàn)失效，直接影響到礦井的正常生產[4-5]。

裕泰煤業(yè)15104 工作面開采15#煤層，工作面整體呈西北高東南低單斜形態(tài)，煤層總厚4.24～6.38 m，平均厚度5.31 m，煤層傾角2°～7°，平均6°。煤層上部含一層0.3 m厚的偽頂，為黑色泥巖，易冒落；直接頂為2.9～4.6 m厚的黑色頁巖、深灰色砂質頁巖互層結構，節(jié)理發(fā)育，性脆；基本頂為4.4 m厚的灰白色四節(jié)石K2石灰?guī)r，石英為主，長石次之，夾泥質條帶；偽底為0.1 m厚的黑色炭質泥巖，性脆，具有滑感，含有大量植物化石；直接底為2.1 m厚的灰黑色砂質泥巖，含炭質與植物化石；基本底為4.65 m厚的灰白色細砂巖，質硬。根據(jù)地質資料和槽波探視結果，預計15104 工作面運輸巷掘進到153 m、193 m、243 m、365 m陸續(xù)揭露X11、X13、X2、X12 四個陷落柱，為確保裕泰煤業(yè)15104 運輸巷過陷落柱時巷道不發(fā)生大變形或垮塌破壞，需采用綜合支護技術。

圖1 采掘工程平面

1 陷落柱區(qū)域巷道圍巖變形破壞特征

陷落柱區(qū)域巷道圍巖應力環(huán)境復雜、巖體完整性和穩(wěn)定性較差，其變形破壞特征類似于松軟圍巖巷道，存在一定的流變現(xiàn)象，巷道圍巖具有應力環(huán)境惡劣、完整性較差、維護相對困難等特點[4-5]，見圖2。受陷落柱構造影響，巷道會出現(xiàn)嚴重的變形破壞，將直接影響到礦井生產。因此，在過陷落柱構造掘巷時，應采用特殊的圍巖控制技術，保證巷道圍巖的穩(wěn)定可靠。

圖2 陷落柱構造區(qū)域巷道大變形現(xiàn)象

2 陷落柱區(qū)域巷道綜合支護技術

2.1 陷落柱區(qū)域巷道綜合控制思路

陷落柱區(qū)域巷道圍巖應力環(huán)境復雜、巖體完整性和穩(wěn)定性較差，因此在確定該區(qū)域范圍內巷道控制技術之前提出陷落柱區(qū)域綜合控制思路，主要包括：

（1）松軟破碎圍巖強化。陷落柱區(qū)域巷道圍巖完整性較差，可采用注漿加固、混凝土噴層的方式，強化松軟破碎圍巖力學性能，提高圍巖體自身承載性能。

（2）及時主動支護承載。在構造區(qū)域巷道掘進后，及時采用高預緊力錨桿和預應力錨索主動支護承載，約束巷道初掘圍巖變形，實現(xiàn)高強度主動承載結構。

（3）支護圍巖一體化結構。基于試驗巷道生產地質條件，設計合理的支護參數(shù)，促使錨網索注支護結構與圍巖形成統(tǒng)一承載體，實現(xiàn)圍巖支護的協(xié)同承載。

2.2 陷落柱區(qū)域巷道綜合支護技術

15104 工作面運輸巷為矩形斷面，尺寸5.0 m×3.2 m（寬×高），具體支護參數(shù)如下：

（1）松軟破碎圍巖注漿強化。采用注漿技術進行破碎圍巖強化，頂板注漿孔深4.0 m，注漿管長度3.0 m，幫部注漿孔深3.0 m，注漿管長度2.0 m，頂板布置3 根，幫部分別布置2 根，頂板間距1.6 m，幫部間距1.4 m，排距3.2 m，注漿管設置有若干出漿孔，注漿材料采用硅酸鹽水泥，水灰比1:1.5，注漿壓力2.0 MPa，具體注漿布置參數(shù)見圖3。

圖3 巷道斷面注漿孔布置

（2）及時主動支護承載。采用高預應力錨網索實現(xiàn)支護及時主動支護承載。頂、幫錨桿均為長度2.2 m、直徑24 mm的左旋高強度錨桿，間排距0.8 m×0.8 m；頂、幫錨桿每排分別布置7 根、5 根，配套規(guī)格120 mm×120 mm×10 mm的蝶形防沖托盤，錨固長度不低于1.2 m，預緊扭矩不低于400 N·m，以保證高預應力主動支護結構的形成。頂錨索采用長度6.2 m、直徑17.8 mm的鋼絞線，間排距1.4 m×1.6 m，每排3 根；幫錨索采用長度4.2 m、直徑17.8 mm的鋼絞線，間排距1.2 m×1.6 m，每排2根，配套規(guī)格300 mm×300 mm×14 mm的蝶形防沖托盤。使用YCD18-310 型張拉千斤配電動泵預緊時，壓力表讀數(shù)不小于50 MPa，金屬網采用12#鐵絲編制而成的菱形網，規(guī)格為5.2 m×1.2 m、3.3 m×1.2 m，搭接寬度不低于0.1 m，搭接處采用鐵絲捆綁固定。高預應力錨網索施工時，應保證錨桿預緊扭矩和錨索預應力，形成及時高強度主動支護承載結構，約束巷道初掘圍巖變形。具體錨桿和錨索布置參數(shù)見圖4。

圖4 巷道支護斷面

3 巷道圍巖變形分析

15104 運輸巷掘進完成后，采用十字測試法監(jiān)測了巷道變形情況，巷道表面移近曲線見圖5。巷道變形劃分為3 個階段：快速變形階段（0～50 d）、緩慢變形階段（50～90 d）以及穩(wěn)定變形階段（90 d以后）。巷道掘進90 d后，巷道表面移近量區(qū)域平衡；此時，巷道頂?shù)装遄畲笠平s95 mm，頂?shù)装迤骄冃嗡俣仍? mm/d，兩幫最大移近約65 mm，兩幫平均變形速度在0.7 mm/d，巷道圍巖移近量均較小。由圖5可知，15104 運輸巷陷落柱區(qū)域巷道圍巖控制效果良好，陷落柱區(qū)域巷道綜合控制思路、支護技術參數(shù)可靠、合理。

圖5 巷道表面移近曲線

4 結語

陷落柱附近巷道圍巖應力環(huán)境復雜、巖體完整性和穩(wěn)定性較差，巷道維護相對困難。通過分析陷落柱區(qū)域巷道圍巖變形破壞特征，提出了陷落柱區(qū)域巷道綜合控制思路：松軟破碎圍巖強化、及時主動支護承載、支護圍巖一體化結構。采用綜合支護技術后，現(xiàn)場監(jiān)測了巷道變形情況，巷道在掘出90 d后圍巖趨于穩(wěn)定，巷道頂?shù)装搴蛢蓭妥畲笠平謩e為95 mm、65 mm，巷道圍巖移近量均較小，表明陷落柱區(qū)域巷道綜合支護思路、技術參數(shù)可靠、合理。