中能煤業(yè)2038 回風(fēng)順槽掘進(jìn)遇破碎頂板綜合支護(hù)技術(shù)研究

任紅偉

（長(zhǎng)治三元中能煤業(yè)有限公司，山西 長(zhǎng)治 046000）

巷道破碎頂板的支護(hù)一直是生產(chǎn)過(guò)程中的難題，如果支護(hù)不當(dāng)容易發(fā)生安全事故，造成嚴(yán)重的損失[1-3]。因此，對(duì)于破碎頂板的巷道掘進(jìn)后，尤其是在受動(dòng)壓影響嚴(yán)重的迎頭附近，必須在采用合理的支護(hù)措施下，才能進(jìn)行繼續(xù)施工[4-6]。中能煤業(yè)2038 回風(fēng)順槽為軟巖頂板，掘進(jìn)期間受2306 工作面回采動(dòng)壓影響，頂板破碎，需要進(jìn)行支護(hù)優(yōu)化和加強(qiáng)。

1 概況

2308 回風(fēng)順槽位于二采區(qū)，工作面標(biāo)高+410～+450 m，在西翼皮帶大巷西端開口，以270°方位掘進(jìn)881.4 m 后，再以184°50′掘進(jìn)798.9 m。南距2306 回風(fēng)順槽446.3 m，東距2306 工作面采空區(qū)（2306 回風(fēng)順槽）37.8 m，西、北均為實(shí)體煤。巷道沿3#煤層掘進(jìn)，煤層均厚4.65 m。煤層直接頂主要由泥巖和砂質(zhì)泥巖構(gòu)成，巖層強(qiáng)度低，受動(dòng)壓影響頂板易破碎。結(jié)合軟巖頂板和相鄰順槽頂板下沉情況，預(yù)計(jì)在迎頭50 m 范圍內(nèi)為動(dòng)壓影響區(qū)，頂板下沉量大，見(jiàn)表1。

2 支護(hù)設(shè)計(jì)

2308 回風(fēng)順槽在動(dòng)壓影響區(qū)頂板下沉量大，需要對(duì)支護(hù)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。通過(guò)分析頂板煤巖體下沉量，設(shè)計(jì)了5 種錨網(wǎng)索支護(hù)參數(shù)。不同支護(hù)方案的參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 不同方案支護(hù)參數(shù)表

3 不同支護(hù)方案的數(shù)值模擬

3.1 模擬方案

2308 回風(fēng)順槽設(shè)計(jì)了5 種不同支護(hù)方案，通過(guò)FLAC3D模擬不同方案下圍巖變形情況，確定最優(yōu)支護(hù)參數(shù)。建立150 m×50 m×80 m 的力學(xué)模型，材料參數(shù)見(jiàn)表3。

表3 2308 回風(fēng)順槽材料參數(shù)

3.2 模擬結(jié)果分析

（1）頂板無(wú)支護(hù)圍巖變形

2308 回風(fēng)順槽掘進(jìn)后，受頂板軟巖影響，如果不對(duì)頂板進(jìn)行支護(hù)，迎頭附近受動(dòng)壓影響會(huì)發(fā)生較大變形，甚至?xí)霈F(xiàn)破碎垮落。2308 回風(fēng)順槽掘進(jìn)后未支護(hù)圍巖變形情況如圖1。

圖1 2308 回風(fēng)順槽無(wú)支護(hù)位移圖

由圖1 分析可知，2308 回風(fēng)順槽掘進(jìn)后若不進(jìn)行支護(hù)，迎頭前50 m 范圍會(huì)出現(xiàn)較大變形，頂板最大下沉量達(dá)到180 mm，嚴(yán)重影響頂板的完整性和安全性。兩幫和底板最大變形量分別為41 mm、22 mm，相對(duì)頂板變形較小，因?yàn)閮蓭秃偷装逄幱趹?yīng)力降低區(qū)，受動(dòng)壓影響相對(duì)頂板較小。

（2）不同支護(hù)方案圍巖變形

根據(jù)設(shè)計(jì)的5 種不同支護(hù)方案，通過(guò)模擬得到不同方案圍巖變形量，確定最優(yōu)支護(hù)參數(shù)。2308 回風(fēng)順槽掘進(jìn)不同支護(hù)方案圍巖變形情況見(jiàn)表4。

表4 2308 回風(fēng)順槽不同支護(hù)方案圍巖變形

由表4 可知，2308 回風(fēng)順槽分別采用5 種不同支護(hù)方案后，頂板下沉量均出現(xiàn)大幅度減小。通過(guò)對(duì)方案進(jìn)行具體分析可知，方案1、2 頂板下沉量比方案3 分別減小20.7 mm、24.7 mm；方案1、2兩幫和底板變形量比未支護(hù)情況下均減小10 mm 以上，而方案3 基本無(wú)變化。巷道頂板支護(hù)后變形量會(huì)逐漸變小，在穩(wěn)定狀態(tài)下會(huì)達(dá)到最大值，方案1、2、3 頂板穩(wěn)定時(shí)最大變形量分別為120 mm、118 mm、138 mm。同時(shí)，方案1、2 圍巖變形達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)的時(shí)間小于方案3。因此，2308 回風(fēng)順槽掘進(jìn)后頂板采用方案1、2支護(hù)效果比方案3更優(yōu)。方案1、2 支護(hù)效果基本相同，方案2 頂幫錨桿的間排距大，采用錨桿數(shù)量更少，礦井的經(jīng)濟(jì)效果更優(yōu)。

方案2、4、5 錨桿的參數(shù)相同，錨索的長(zhǎng)度不同，分別為9 m、8.5 m、8 m。3 種不同方案支護(hù)后，頂板穩(wěn)定時(shí)最大變形量分別為120 mm、117 mm、117.5 mm。方案4、5 相對(duì)方案3 頂板下沉量更小，而方案5 錨索長(zhǎng)度比方案4 更短。結(jié)合控制頂板變形和經(jīng)濟(jì)效益，2308 回風(fēng)順槽采用方案5 支護(hù)效果更優(yōu)。

4 工程實(shí)踐

4.1 錨網(wǎng)索支護(hù)

通過(guò)FLAC3D模擬得到2308 回風(fēng)順槽錨網(wǎng)索支護(hù)參數(shù)見(jiàn)表5。

表5 2308 回風(fēng)順槽錨網(wǎng)索支護(hù)參數(shù)

4.2 注漿加固

2308 回風(fēng)順槽頂板易破碎，需對(duì)迎頭前50 m范圍內(nèi)進(jìn)行注漿加固，保證巷道的完整性，進(jìn)一步提高支護(hù)強(qiáng)度。注漿設(shè)備及參數(shù)見(jiàn)表6。

表6 注漿設(shè)備及參數(shù)

2308 回風(fēng)順槽頂板布置4 個(gè)鉆孔，兩幫各布置3 個(gè)注漿鉆孔，注漿參數(shù)見(jiàn)表7。

表7 2308 回風(fēng)順槽注漿參數(shù)

5 效果檢驗(yàn)

2308 回風(fēng)順槽頂板采用錨網(wǎng)索+注漿支護(hù)后，進(jìn)行了頂板變形量監(jiān)測(cè)，以驗(yàn)證支護(hù)效果。在巷道布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，通過(guò)測(cè)桿和鋼卷尺監(jiān)測(cè)頂板下沉量，在監(jiān)測(cè)的30 d 內(nèi)，2308 回風(fēng)順槽頂板最大下沉量為88 mm，相對(duì)支護(hù)前有了明顯改善，支護(hù)效果明顯。

6 結(jié)論

（1）2308 回風(fēng)順槽受軟巖頂板等因素影響，頂板易破碎，為保證頂板的完整性，設(shè)計(jì)了5 種不同支護(hù)方案。采用FLAC3D模擬不同方案支護(hù)后圍巖變形量可知，錨桿越密、錨索越短，圍巖變形量越小。結(jié)合礦井經(jīng)濟(jì)效益，2308 回風(fēng)順槽采用方案5 進(jìn)行頂板支護(hù)。

（2）結(jié)合數(shù)值模擬和地質(zhì)條件，2308 回風(fēng)順槽采用錨網(wǎng)索+注漿支護(hù)，分別設(shè)計(jì)了施工參數(shù)，并通過(guò)監(jiān)測(cè)頂板下沉量可知，設(shè)計(jì)支護(hù)方案和參數(shù)支護(hù)效果明顯，能明顯減小頂板下沉量。