深部動(dòng)壓劇烈區(qū)域大斷面硐室圍巖卸壓技術(shù)研究

滕鑫麟

（冀中能源股份公司 東龐礦，河北 邢臺(tái) 054000）

1 概 況

我國(guó)煤礦平均采深已達(dá)到700 m 左右，并以每年10～25 m 的速度遞增。深部巖體所處的“三高一擾動(dòng)”復(fù)雜力學(xué)環(huán)境使得深井巷道圍巖呈現(xiàn)出變形持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、絕對(duì)變形量大、收斂速度快等不同于淺部圍巖的變形破壞特征，有針對(duì)性地開展系統(tǒng)研究具有必要性和緊迫性。

東龐礦深部水平12 采區(qū)皮帶巷、軌道巷、回風(fēng)巷在經(jīng)歷采動(dòng)影響后，發(fā)生圍巖大變形與支護(hù)系統(tǒng)損毀等劇烈礦壓現(xiàn)象，需要進(jìn)行全斷面擴(kuò)刷整修。21215 工作面設(shè)計(jì)停采線與大巷間煤柱為150 m，12 采區(qū)泵站硐室位于停采線與大巷之間，距離停采線約75 m，因此，當(dāng)21215 工作面推進(jìn)至停采線附近時(shí)，強(qiáng)烈的動(dòng)壓影響使該硐室發(fā)生更大范圍劇烈礦壓現(xiàn)象，甚至發(fā)生安全事故。此外，當(dāng)21215 工作面開采完后，該硐室仍將服務(wù)于12 采區(qū)其它工作面，常規(guī)的支護(hù)手段不能滿足于21215工作面及強(qiáng)采動(dòng)影響。

2 硐室內(nèi)部卸壓及控制

東龐礦12 采區(qū)大斷面集中供液泵站硐室圍巖內(nèi)部卸壓控制措施有7 項(xiàng)：①頂板及兩幫補(bǔ)打注漿錨索梁桁架；②底板兩底角開挖卸壓槽；③頂?shù)装鍐误w柱雙向強(qiáng)支撐；④兩幫煤體內(nèi)部造穴卸壓；⑤囊袋恒阻系統(tǒng)安裝及卸壓孔洞閉合度觀測(cè)；⑥采動(dòng)超前應(yīng)力觀測(cè)；⑦巷道圍巖礦壓監(jiān)測(cè)（包括錨索受力、單體柱受力等）及確定二次及多次卸壓時(shí)機(jī)。泵站硐室總體施工方案如圖1 所示。

圖1 泵站硐室總體施工方案Fig.1 Overall construction scheme of pump station chamber

3 硐室圍巖卸壓控制方案關(guān)鍵參數(shù)及施工

3.1 硐室頂板及兩幫注漿錨索梁桁架

硐室頂板每排補(bǔ)打2 根φ21.8 mm×10 500 mm 長(zhǎng)錨索（注漿錨索）加強(qiáng)支護(hù)，注漿錨索與頂板夾角約75°，錨索間距約2.4 m，排距為3.2 m，左右兩側(cè)錨索距離巷壁約1.3 m，頂錨索上好1 卷S2360 樹脂藥卷、3 卷Z2360 樹脂藥卷攪拌至孔底后，施工人員把注漿專用銅管送入錨索孔內(nèi)進(jìn)行注漿，采用化學(xué)漿液進(jìn)行注漿加固，注漿壓力約3 MPa。注漿完成后及時(shí)漲拉錨索，頂板錨索預(yù)緊力為130 kN。左右2 根注漿錨索用H 型雙鋼帶梁配套方形大托盤（400 mm×400 mm）、托盤（200 mm×200 mm）及小托盤連接。（頂板錨索自硐室外側(cè)第9 排起每隔10 排回采幫錨索安裝1 個(gè)錨索測(cè)力計(jì)共安裝4 個(gè)頂板錨索測(cè)力計(jì)），硐室頂板共需錨索數(shù)量為92 根。

硐室兩幫補(bǔ)打注漿錨索梁桁架（與頂板錨索梁桁架并行施工）。12 采區(qū)集中泵站硐室兩幫分別補(bǔ)打3 根注漿錨索梁桁架，錨索規(guī)格為φ21.8 mm×6 500 mm 注漿錨索，上排錨索上仰15°，下排錨索下俯5°，注漿錨索間距為1.2 m，排距為1.6 m，上排錨索距離頂板300 mm，下排錨索距離底板300 mm，幫錨索上好1 卷S2360 樹脂藥卷、3卷Z2360 樹脂藥卷攪拌至孔底后，施工人員把注漿專用銅管送入錨索孔內(nèi)進(jìn)行注漿，采用化學(xué)漿液進(jìn)行注漿加固，注漿壓力約3 MPa。注漿完成后及時(shí)漲拉錨索，兩幫錨索預(yù)緊力不低于100 kN。幫部上下3 根錨索用H 型雙鋼帶梁配套方形大托盤（400 mm×400 mm）、托盤（200 mm×200 mm）及小托盤連接，形成錨索梁桁架結(jié)構(gòu)，抵御硐室兩幫松軟煤體整體向外臌出。

3.2 硐室底板兩側(cè)切槽卸壓及頂?shù)装鍐误w柱雙向強(qiáng)支撐

為抵御大斷面集中泵站硐室底板煤巖體大范圍向外臌出，對(duì)硐室底板兩側(cè)實(shí)施切槽卸壓，切槽深度400 mm，寬度為300 m，具體根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)底板切槽實(shí)際變形情況實(shí)施多次切槽。為控制硐室頂板下沉量及抵御底板明顯向外臌出，硐室巷內(nèi)布設(shè)單體柱對(duì)頂?shù)装暹M(jìn)行雙向強(qiáng)支撐，每排布置3 根單體柱，并配合π 型鋼梁支護(hù)，單體柱分別布置在距離設(shè)備側(cè)幫0.2 m、距離設(shè)備側(cè)幫2.4 m 及距離回采側(cè)幫0.2 m 位置處，排距為1.0 m，π 型鋼梁規(guī)格以4.5 m 長(zhǎng)的π 型鋼梁為主（同時(shí)需配備3.0 m長(zhǎng)的π 型鋼梁約10 根、3.5 m 長(zhǎng)的π 型鋼梁約30 根、4.5 m 長(zhǎng)的π 型鋼梁約107 根），其布置方向與硐室軸向方向相互垂直。泵站硐室巷內(nèi)單體支柱布置如圖2 所示。

圖2 泵站硐室巷內(nèi)單體支柱布置Fig.2 Arrangement of single pillar in pumping station chamber roadway

3.3 兩幫卸壓孔洞參數(shù)及實(shí)施位置

卸壓孔位于硐室兩幫距離底板1.0 m 高度（設(shè)備位置處高度可增大至1.5 m），傾斜于巷壁軸向方向45°且上仰3°布置，兩幫卸壓孔排距為4.0 m，外部小孔直徑約133 mm，傾斜布置的小孔孔深約17 m，深部造穴孔深3.0 m，一次出煤量約5 m3。為防止造穴沖孔對(duì)兩幫淺部錨固體內(nèi)煤體的破壞，首先對(duì)深度為15 m 范圍內(nèi)直徑133 mm 鉆孔內(nèi)插入127 mm 的地質(zhì)鋼管，然后鉆頭通過(guò)鋼管對(duì)深部17 m 煤體內(nèi)實(shí)施造穴，造穴完成后及時(shí)封孔。當(dāng)囊袋系統(tǒng)閉合度達(dá)80%左右時(shí)，實(shí)施二次造孔洞卸壓。

4 硐室圍巖卸壓控制預(yù)期效果分析

由圖3 大斷面硐室圍巖位移量觀測(cè)結(jié)果可知，靠近皮帶巷測(cè)站圍巖變形最為嚴(yán)重，且硐室各個(gè)測(cè)站圍巖變形以底板臌起最為明顯，3 個(gè)斷面底板臌起量均超過(guò)220 mm，靠近皮帶巷側(cè)硐室底板臌起超過(guò)500 mm。

圖3 大斷面硐室圍巖移近量變化曲線Fig.3 Variation curve of surrounding rock displacement of large section chamber

截至2021 年4 月30 日，靠近軌道巷側(cè)布置的A 測(cè)站（第68 d 對(duì)底板局部重新整平，局部臥底約70 mm）頂?shù)装遄冃瘟考s為210 mm，兩幫移近量最大約為130 mm，其中頂板下沉量為50 mm，底板臌起量為160 mm，回采幫移近量為77 mm，大巷幫移近量為53 mm。

硐室中部位置布置的B 測(cè)站頂?shù)装遄冃瘟考s為520 mm，兩幫移近量最大約為310 mm，其中頂板下沉量為118 mm，底板臌起量為402 mm，回采幫移近量為200 mm，大巷幫移近量為110 mm，該位置處底臌量較為明顯。靠近硐室外部皮帶巷側(cè)布置的C 測(cè)站圍巖變形量最為劇烈，頂?shù)装遄冃瘟考s為630 mm，兩幫移近量最大約為230 mm，其中頂板下沉量為100 mm，底板臌起量為530 mm，回采幫移近量為130 mm，大巷幫移近量為100 mm，靠近皮帶巷側(cè)硐室底臌量最為明顯。目前，硐室底板臌起量較為明顯，而底臌過(guò)程正是深部圍巖卸壓的過(guò)程，在保證硐室兩幫移近量穩(wěn)定條件下底臌的發(fā)生，對(duì)控制大斷面硐室兩幫圍巖具有積極作用。

除硐室底板臌起量外，以上位移量主要發(fā)生在造穴施工前。當(dāng)大斷面硐室兩幫煤體內(nèi)部造穴實(shí)施后，圍巖位移量明顯變小，同時(shí)圍巖移近速度顯著降低。因此，以大斷面硐室圍巖頂板下沉量、大巷側(cè)幫移近量、回采幫移近量為觀測(cè)指標(biāo)，充分證明了硐室兩幫煤體內(nèi)部實(shí)施造穴取得了良好的圍巖卸壓效果，硐室圍巖變形量發(fā)相對(duì)較為穩(wěn)定。

5 結(jié) 語(yǔ)

當(dāng)硐室頂板開始受采動(dòng)應(yīng)力影響時(shí)，卸壓槽受圍巖擠壓作用頂板圍巖發(fā)生彎曲下沉，底板臌起明顯，特別是深部煤體不斷向外擠出，使卸壓槽持續(xù)被填充、閉合，卸壓槽空間持續(xù)縮小。硐室巷道采用注漿錨索+單體π 型鋼支護(hù)后，通過(guò)在巷道周圍開挖卸壓孔洞空間對(duì)巷道圍巖卸壓，兩幫變形量及底臌量在可控范圍內(nèi)，未發(fā)生明顯變形，保障了硐室巷道的穩(wěn)定，調(diào)控效果顯著。