小窯破壞區(qū)下破碎圍巖巷道動態(tài)支護技術研究

武匯集

（汾西礦業(yè)集團高陽煤礦，山西 孝義 032300）

小煤窯受開采技術以及設備落后等因素制約，往往開采賦存條件相對較好的淺部煤層，不僅存在煤炭資源浪費問題而且對下部區(qū)域煤層資源開采帶來一定影響[1-2]。小煤窯開采采空區(qū)分布范圍不規(guī)則，當下部區(qū)域在小煤窯破壞區(qū)內開采時往往面臨上覆巖層裂隙發(fā)育、圍巖控制困難問題[3-5]。部分研究學者提出采用物探、鉆探方式方式對小煤窯破壞區(qū)分布范圍進行探測，根據(jù)掘進巷道與小煤窯破壞區(qū)間位置、圍巖結構等差異，提出不同的圍巖支護方案對小煤窯破壞區(qū)影響區(qū)進行加固及支護；針對小煤窯采空區(qū)存在煤柱應力集中問題，采用深孔爆破方式卸壓，從而降低應力給下覆煤層巷道掘進影響[6-8]。山西某礦8305回采巷道位于小煤窯開采破壞區(qū)下，在分析巷道圍巖特征基礎上，提出采用錨網(wǎng)索+架棚方式對圍巖進行動態(tài)支護，為巷道正常使用創(chuàng)造了良好條件。

1 工程概況

山西某礦為資源整合礦井，礦井現(xiàn)階段開采的8號煤層埋深平均320 m，頂板直接頂為石灰?guī)r、細砂巖巖，偽頂為泥巖、厚度介于0.0~0.5 m，底板以泥巖為主，煤層結構簡單。8號煤層厚度均值6.2 m，上分層被小煤窯開采，采高為2.0 m，下分層有4.2 m厚煤層未采。8305工作面開采8號煤層，開采部分位于小煤窯破壞區(qū)，其中破壞區(qū)主要集中在回風巷區(qū)域，由于8號煤層上分層開采時間長、煤柱間頂板可能存在垮落問題。在8305回風巷掘進過程中施工超前探測鉆孔對前方煤層厚度、完整性等進行探測，并依據(jù)煤層頂板垮落破壞程度將頂板分為實體煤區(qū)、未垮落區(qū)以及垮落區(qū)，具體見圖1所示。

圖1 8305回風巷頂板巖層形態(tài)

2 圍巖支護技術

2.1 支護方式選擇

具體巷道方式選擇時依據(jù)“分區(qū)支護”、“支護結構強化”、“及時主動支護”等原則并結合8305回風巷頂板破碎特點，提出采用分區(qū)動態(tài)聯(lián)合支護方式，具體為當掘進巷道頂板為實體煤且較為完整時，采用錨網(wǎng)索支護工藝對圍巖進行控制；當巷道頂板上覆為未垮落區(qū)或者垮落區(qū)時，頂板受到小煤窯開采破壞明顯，錨桿索難以有效控制頂板變形，為此提出采用架棚對圍巖進行控制；若頂板較為破碎時則采用局部注漿方式提高頂板穩(wěn)定性以及強度。具體巷道分布動態(tài)支護設計參數(shù)如表1所示。

表1 巷道分布動態(tài)支護設計參數(shù)

2.2 支護方案設計

2.2.1 錨網(wǎng)索支護

當8305回風巷頂板為實體煤時且頂板完整性較好時，可采用錨網(wǎng)索方式對圍巖進行控制，具體支護設計如圖2所示。

圖2 錨網(wǎng)索支護斷面圖（mm）

巷道頂板以及煤柱幫均采用螺紋鋼錨桿，錨桿直徑均Φ22 mm，頂錨桿長2 600 mm、煤柱幫錨桿長2 400 mm；采面幫使用玻璃鋼錨桿，規(guī)格為Φ22 mm×2 400 mm。圍巖支護使用的錨桿間距、排距均為800 mm。支護采用的錨索為鋼絞線，規(guī)格Φ17.8 mm×6 800 mm，間排距2 000 mm×1 600 mm。頂板以及煤柱幫采用金屬網(wǎng)片，回采巷采用塑料網(wǎng)片。

2.2.2 架棚支護

當8305回風巷位于小煤窯破壞區(qū)下方掘進時，采用架棚方式控制圍巖，具體支護斷面見圖3所示。

圖3 架棚支護斷面圖（mm）

架棚采用11號工字鋼，使用的頂梁、棚腿長度分別為4 800 mm、3 380 mm，棚距設計為600 mm。兩個架棚間采用Φ20 mm圓鋼拉桿固定，拉板布置在距離底板1.5 m位置。在頂板以及巷幫采用金屬網(wǎng)提高支護強度，采回采幫使用塑料網(wǎng)片（尼龍網(wǎng)）。

2.2.3 注漿加固

8號煤層上分層存在小煤窯破壞區(qū)，導致8305回風巷頂板結構較為復雜，當巷道掘進遇到頂板破碎嚴重區(qū)域時，圍巖控制難度較高。針對此種情況，可采用架木垛、充填加固等方式支護圍巖。

當8305回風巷掘進通過頂板破碎區(qū)時，可通過注漿鉆孔向頂板破碎區(qū)注入馬麗散加固，具體鉆孔布置見圖4所示。在巷道頂板布置3個孔徑42 mm注漿孔，根據(jù)馬麗散在裂隙內擴散特征以及注漿漿液有效擴散半徑，確定注漿孔走向間隔為1.2 m，具體注漿深度應依據(jù)現(xiàn)場條件確定。注漿壓力設計為2~3 MPa，并依據(jù)現(xiàn)場注漿效果調整注漿壓力，當發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)大面積漏漿時應立即停止注漿或者更換注漿孔。

圖4 注漿鉆孔布置示意圖

2.3 圍巖支護效果分析

當8305回風巷頂板為實體煤時，采用錨網(wǎng)索可實現(xiàn)圍巖變形有效控制，現(xiàn)場監(jiān)測頂?shù)装逡约跋飵妥畲笞冃瘟糠謩e為138 mm、98 mm，圍巖控制效果較好。當巷道掘進至小煤窯破壞影響區(qū)時，巷道采用架棚方式支護圍巖，并進行針對性注漿加固，具體支護完成后監(jiān)測得到圍巖變形見圖5所示。

圖5 圍巖變形監(jiān)測曲線

從圖5看出，在小煤窯破壞區(qū)內8305回風巷圍巖在支護完成50 d后即趨于穩(wěn)定，其中監(jiān)測到頂?shù)装遄畲笙鲁亮繛?07 mm、巷幫收斂量為196 mm，圍巖變形整體較小，同時架棚未出現(xiàn)明顯變形。

3 結論

8305回風巷掘進時部分區(qū)域受到小煤窯開采破壞區(qū)影響，存在頂板破碎、圍巖控制困難等問題，文中依據(jù)巷道圍巖破壞特提出采用分區(qū)動態(tài)支護技術對8305回風巷圍巖進行控制，當8305回風巷頂板為實體煤且?guī)r層穩(wěn)定時，采用錨網(wǎng)索工藝對圍巖進行控制；當8305回風巷頂板位于小煤窯開采破壞區(qū)時，采用架棚、輔助注漿方式支護圍巖。

根據(jù)8305回風巷圍巖實際條件，對支護方案進行設計，并進行工程應用。巷道在小煤窯破壞影響區(qū)內掘進時，圍巖變形量50 d內即趨于穩(wěn)定，其中頂板下沉量為307 mm、巷幫收斂量為196 mm，架棚未有明顯變形。