2302 工作面主回撤通道錨-梁-注綜合控制技術(shù)研究

閆 超 王志營

（棗莊礦業(yè)集團(tuán)礦業(yè)技術(shù)服務(wù)有限公司東于分公司東于煤業(yè)，山西 太原 030402）

1 工程概況

東于煤業(yè)2302 工作面主回撤通道為矩形，尺寸為寬×高=5500 mm×4000 mm，原支護(hù)采用錨桿索聯(lián)合支護(hù)+垛式支架。其中：頂板采用鋼筋托梁作為錨桿支護(hù)的組合構(gòu)件，錨桿采用Φ22 mm×L2500 mm 左旋無縱筋MSGLW-500 螺紋鋼筋樹脂錨桿，錨固方式為樹脂加長(zhǎng)錨固，采用一支K2335 和一支Z2360 錨固劑，錨桿錨固力不小于90 kN，錨桿扭矩不小于150 N·m；鋼筋網(wǎng)+菱形網(wǎng)護(hù)表；錨桿間排距1000 mm×1000 mm；頂板錨索為Φ17.8 mm×L8000 mm 預(yù)應(yīng)力鋼絞線，每排4 根，排距B=2000 mm，采用一支S2360 型和2 支Z2335錨固劑?；夭蓭湾^桿為Φ20 mm×L2400 mm 玻璃鋼錨桿，煤柱幫錨桿為Φ22 mm×L2500 mm 左旋無縱筋MSGLW-335 螺紋鋼錨桿，樹脂加長(zhǎng)錨固，采用一支K2335 和一支Z2360 錨固劑，后期補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)錨索采用Φ17.8 mm×L6000 mm 預(yù)應(yīng)力鋼絞線。

工作面將推進(jìn)至主回撤通道位置時(shí)，主回撤通道圍巖變形破壞嚴(yán)重，煤柱幫擠出9500 mm，頂?shù)装逡平?480 mm，嚴(yán)重影響2302 工作面設(shè)備的順利回撤。針對(duì)該問題，對(duì)主回撤通道提出并采用錨-梁-注綜合控制技術(shù)[1-6]。

2 動(dòng)壓影響下主回撤通道圍巖變形破壞特征研究

2.1 末采期間主回撤通道變形監(jiān)測(cè)分析

根據(jù)2302 工作面現(xiàn)場(chǎng)的工況，在原支護(hù)設(shè)計(jì)下，安設(shè)3 個(gè)多基點(diǎn)表面位移觀測(cè)站，如圖1。

圖1 2302 工作面主回撤通道表面位移測(cè)站布置情況

2302 工作面主回撤通道表面位移監(jiān)測(cè)曲線示意圖如圖2。從圖中三個(gè)測(cè)站的數(shù)據(jù)顯示，2302 工作面主回撤通道中部區(qū)域比兩端區(qū)域圍巖變形嚴(yán)重，中部區(qū)域頂板變形量比兩端區(qū)域圍巖變形量大65%左右。隨著工作面的不斷推進(jìn)，主回撤通道受采動(dòng)影響表現(xiàn)出增大趨勢(shì)。

圖2 2302 工作面主回撤通道表面位移監(jiān)測(cè)曲線示意圖

1）2302 工作面主回撤通道距工作面距離在100～65 m 階段，巷道圍巖基本不受采動(dòng)影響，巷道圍巖基本沒有變形，圍巖穩(wěn)定性較好。該階段為不受采動(dòng)影響階段。

2）2302 工作面主回撤通道距工作面距離在65～30 m 階段，巷道圍巖開始受采動(dòng)影響，巷道圍巖發(fā)生變形，但是變形量較小。該階段為受采動(dòng)影響階段。

3）2302 工作面主回撤通道距工作面距離小于30 m 階段，巷道圍巖受劇烈采動(dòng)影響，巷道圍巖變形量大幅度增加，頂板下沉量可達(dá)450 mm 左右，局部地段頂板出現(xiàn)掉頂現(xiàn)象，伴有網(wǎng)兜或破碎，有明顯的底鼓現(xiàn)象，工作面兩幫變形嚴(yán)重，其中煤柱幫破碎變形明顯，影響主回撤巷道的安全通行。該階段為受劇烈采動(dòng)影響階段。

2.2 末采期間主回撤通道圍巖變形破壞特征模擬

以2302 工作面為計(jì)算模型，設(shè)計(jì)模型尺寸=300 m×100 m，邊界條件為模型底部采用固支，四周采用鉸支，上部為自由邊界。用UDEC4.0 對(duì)2302 工作面進(jìn)行數(shù)值模擬，研究工作面末采期間主回撤通道塑性區(qū)變化特征。模型煤層物理力學(xué)及節(jié)理面參數(shù)見表1。

末采期間，對(duì)2203 工作面主回撤通道距工作面距離分別為40 m、30 m、20 m、10 m、5 m、0 m共6 種情況下圍巖塑性區(qū)分布進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，結(jié)果如下：2302 工作面主回撤通道距工作面40 m 時(shí)，受采動(dòng)影響較小，巷道頂板塑性區(qū)、底板塑性區(qū)、煤柱幫塑性區(qū)分別為2.0 m、1.4 m、1.5 m；距工作面30 m 時(shí)，巷道頂板塑性區(qū)、底板塑性區(qū)、煤柱幫塑性區(qū)分別為2.4 m、1.6 m、1.7 m；距工作面20 m 時(shí)，巷道頂板塑性區(qū)、底板塑性區(qū)、煤柱幫塑性區(qū)、回采幫塑性區(qū)分別為3.0 m、1.9 m、2.0 m、2.2 m；距工作面10 m 時(shí)，巷道頂板塑性區(qū)、底板塑性區(qū)、煤柱幫塑性區(qū)、回采幫塑性區(qū)分別為6.1 m、2.3 m、2.5 m、2.8 m；距工作面5 m 時(shí)，巷道頂板塑性區(qū)、底板塑性區(qū)、煤柱幫塑性區(qū)、回采幫塑性區(qū)分別為6.1 m、2.3 m、2.5 m、2.8 m；距工作面5 m 時(shí)，頂煤產(chǎn)生了大范圍的塑性區(qū)，左右?guī)退苄詤^(qū)已與工作面連通；距工作面0 m，即與工作面貫通后，巷道上方頂板塑性破壞，與右?guī)退苄詤^(qū)連接成一個(gè)矩形整體塑性破壞區(qū)。

3 主回撤通道圍巖綜合控制技術(shù)研究

3.1 強(qiáng)力錨桿錨索支護(hù)

在原有支護(hù)技術(shù)基礎(chǔ)上對(duì)錨桿錨索支護(hù)進(jìn)行強(qiáng)化。將MSGLW-335 螺紋鋼筋樹脂錨桿調(diào)整為MSGLW-550 螺紋鋼筋樹脂錨桿，提高錨桿屈服強(qiáng)度至500 MPa，提高錨桿扭矩至400 N·m；將回采幫三根Φ20 mm×L2400 mm 玻璃鋼調(diào)整為MSGLW-550 螺紋鋼筋樹脂錨桿；錨索直徑從17.8 mm 調(diào)整為21.6 mm，每排設(shè)置兩根，張拉預(yù)緊力從260 kN 提高至504 kN。調(diào)整后的錨桿錨索支護(hù)斷面如圖3。

圖3 主回撤通道強(qiáng)化調(diào)整后支護(hù)形式斷面示意圖（mm）

3.2 頂板錨吊梁支護(hù)

頂板施工錨吊梁支護(hù)，如圖4。錨吊梁采用4根Φ17.8 mm×12 000 mm 的錨索+12#雙工字鋼梁組合而成。

圖4 頂板施工錨吊梁技術(shù)示意圖（mm）

3.3 兩幫注漿加固

在2302 工作面主回撤通道距離工作面100 m前位置，對(duì)幫部煤體實(shí)施注漿加固。注漿材料采用42.5 級(jí)普通硅酸鹽水泥-水玻璃雙液漿，水灰比采用1:1，并加入氯鹽和三乙醇胺速凝劑加快凝結(jié)時(shí)間，打注漿錨桿并對(duì)打好的注漿錨桿進(jìn)行注漿。注漿錨桿結(jié)構(gòu)如圖5。注漿錨桿采用直徑20 mm 鋼管制作，壁厚3 mm，端部加工100 mm 的螺紋，在桿體上每間隔200 mm 位置對(duì)開一組Φ6 mm 出漿孔。末采前對(duì)煤柱幫、回采幫注漿加固，采用長(zhǎng)度為3 m、5 m 兩種注漿錨桿進(jìn)行交替布置，每排3 根，排距900 mm，注漿壓力1.5～2 MPa。

圖5 注漿錨桿結(jié)構(gòu)（mm）

3.4 支護(hù)方案數(shù)值模擬

采用UDEC 數(shù)值模擬軟件對(duì)巷道錨-梁-注綜合控制技術(shù)進(jìn)行研究分析，其中cable 單元用于模擬錨桿、錨索支護(hù)結(jié)構(gòu)，beam 單元用于模擬工字鋼梁支護(hù)結(jié)構(gòu)，support 單元用于模擬垛式支架支護(hù)結(jié)構(gòu)。建立賓漢漿液滲流模型用于模擬煤柱幫、回采幫注漿加固。從模擬結(jié)果可知，當(dāng)工作面主回撤通道受劇烈采動(dòng)影響后頂板、幫部變形量分別為195 mm、210 mm，采用新支護(hù)方式后巷道圍巖變形量得到了有效控制，支護(hù)效果明顯。

4 應(yīng)用

將錨-梁-注綜合控制技術(shù)應(yīng)用于2302 工作面主回撤通道加固后，不同階段的圍巖變形量大幅度減小，頂板變形量、兩幫變形量、底鼓量分別降低57%、65%、45%以上，鼓包破碎現(xiàn)象基本消失，2302 工作面的搬家回撤工作進(jìn)行順利，縮短搬家時(shí)間8 d，安全經(jīng)濟(jì)效益顯著。