巷道掘進(jìn)過(guò)陷落柱技術(shù)研究

蘇 朋

（山西焦煤汾西礦業(yè)宜興煤業(yè)，山西 孝義 033000）

0 引言

巷道在地質(zhì)構(gòu)造影響范圍內(nèi)掘進(jìn)時(shí)，受到圍巖破碎、承載能力差等影響，圍巖支護(hù)難度較高[1-2]。特別是巷道掘進(jìn)揭露陷落柱時(shí)，陷落柱發(fā)育區(qū)內(nèi)煤巖體呈現(xiàn)裂隙發(fā)育、破碎、易風(fēng)化以及強(qiáng)度低等特點(diǎn)，在掘進(jìn)擾動(dòng)作用下容易出現(xiàn)冒頂或者圍巖變形量大等問(wèn)題，給巷道安全高效掘進(jìn)帶來(lái)影響[3-4]。巷道掘進(jìn)過(guò)陷落柱時(shí)主要面臨難題[5-6]為陷落柱影響區(qū)內(nèi)圍巖破碎，特別是在掘進(jìn)擾動(dòng)影響下陷落柱影響區(qū)塑性破壞范圍會(huì)持續(xù)增加；陷落柱影響范圍內(nèi)往往面臨構(gòu)造應(yīng)力集中問(wèn)題；巷道過(guò)陷落柱期間面臨頂板冒落、圍巖變形失穩(wěn)以及片幫等各種問(wèn)題。為此，眾多的學(xué)者及工程技術(shù)人員對(duì)巷道掘進(jìn)過(guò)陷落柱圍巖控制技術(shù)展開(kāi)大量研究，并從圍巖支護(hù)、掘進(jìn)等方面提出巷道掘進(jìn)過(guò)陷落柱技術(shù)措施，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用均取得較好效果[7-9]。文中就在前人研究成果的基礎(chǔ)上，以山西某礦3501 回風(fēng)巷掘進(jìn)過(guò)陷落柱為工程背景，依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件提出采用超前注漿加固陷落柱內(nèi)破碎不穩(wěn)定煤巖體，后通過(guò)錨網(wǎng)索梁+噴漿+單點(diǎn)錨索方式支護(hù)圍巖，實(shí)現(xiàn)了陷落柱影響區(qū)不穩(wěn)定煤巖體的有效控制，應(yīng)用成果良好。

1 工程概況

山西某礦3501 回風(fēng)巷西為東側(cè)及西側(cè)均為礦井邊界煤柱、南側(cè)為盤(pán)區(qū)復(fù)運(yùn)巷、北側(cè)為盤(pán)區(qū)實(shí)體煤，具體巷道布置位置如圖1 所示。3501 回風(fēng)巷沿3 號(hào)煤層底板掘進(jìn)，傾角為0～9°、煤厚度為5.48 m，頂?shù)装逡阅鄮r、粉砂巖及細(xì)砂巖為主，具體如圖2 所示。3501回風(fēng)巷為矩形斷面，凈寬為5.8 m、凈高度為4.0 m，錨網(wǎng)索支護(hù)圍巖。根據(jù)已有物探資料顯示，在3501 回風(fēng)巷掘進(jìn)期間會(huì)揭露有陷落柱，該陷落柱形態(tài)呈倒鍥狀，長(zhǎng)軸為55 m、短軸為36 m，充填物為中粒砂巖、泥巖等，陷落柱內(nèi)無(wú)積水且附近無(wú)含水層。

圖1 3501 回風(fēng)巷與陷落柱位置示意圖

圖2 5 號(hào)煤巖性參數(shù)

2 巷道過(guò)陷落柱圍巖控制技術(shù)

2.1 超前注漿加固

維護(hù)陷落柱內(nèi)及影響范圍內(nèi)破碎煤炭體穩(wěn)定性，是實(shí)現(xiàn)巷道安全高效掘進(jìn)過(guò)陷落柱的基礎(chǔ)，為此提出綜合使用淺孔+深孔注漿技術(shù)加固陷落柱。通過(guò)陷落柱注漿可將陷落柱內(nèi)及影響范圍內(nèi)破碎、不穩(wěn)定煤巖體膠結(jié)為整體，人工提升陷落柱影響范圍內(nèi)煤巖體強(qiáng)度及穩(wěn)定性；通過(guò)深孔注漿可對(duì)巷道圍巖周邊10～20 m范圍內(nèi)破碎巖體進(jìn)行加固，通過(guò)注漿漿液形成的網(wǎng)絡(luò)骨架連接巷道淺部、深部圍巖，提升破碎圍巖強(qiáng)度。

3501 回風(fēng)巷掘進(jìn)揭露的陷落柱無(wú)滲水、涌水以及嚴(yán)重漏漿問(wèn)題，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況注漿漿液選用聯(lián)邦1 號(hào)，該注漿材料為雙液材料，注漿漿液配比為0.8∶1。采用高壓注漿方式增加漿液在陷落柱影響范圍內(nèi)擴(kuò)展范圍及注入量，淺孔、深孔注漿壓力分別控制在8～10 MPa、10～15 MPa。在3501 回風(fēng)巷掘進(jìn)迎頭布置5 排注漿鉆孔，鉆孔孔徑為42 mm、編號(hào)為1～17 號(hào)，鉆孔布置如圖3 所示。淺孔、深孔注漿孔孔深分別控制在10 m、20 m，終孔位置與巷道掘進(jìn)外輪廓線(xiàn)間距分別為3 m、6 m。

圖3 注漿鉆孔布置剖面圖（單位：mm）

2.2 巷道圍巖支護(hù)技術(shù)

3501 回風(fēng)巷掘進(jìn)至陷落柱時(shí)，雖然通過(guò)超前注漿可避免掘進(jìn)時(shí)出現(xiàn)冒頂或者片幫問(wèn)題，但圍巖強(qiáng)度低，因此用錨網(wǎng)索梁+噴漿+單點(diǎn)錨索方式。

巷道頂板支護(hù)用高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力錨桿、錨索，錨桿規(guī)格為Φ22 mm×2500 mm，采用1 支Z2388、1 支CK2340 錨固劑錨固，錨固力在210 kN 以上，間排距900 mm、900 mm；錨索為Φ17.8 mm×9300 mm 高強(qiáng)鋼絞線(xiàn)，用2 支Z2388、1 支CK2340 錨固劑錨固，間排距2100 mm、2400 mm。支護(hù)用的槽鋼規(guī)格為14 號(hào)、長(zhǎng)度為4200 mm，槽鋼采用3 根錨索懸吊，槽鋼錨索與單點(diǎn)錨索呈交叉布置，排距均為2400 mm。

巷幫用Φ22 mm×2500 mm 錨桿支護(hù)，一側(cè)布置5 根，間排距均為900 mm、900 mm。巷道頂板及巷幫均全斷面鋪設(shè)由Φ6 mm 金屬絲編制的金屬網(wǎng)護(hù)表。巷道表面噴漿采用初噴+復(fù)噴組合方式，噴漿總厚度控制在120 mm，初噴在巷道開(kāi)挖后進(jìn)行，厚度在50～60 mm、復(fù)噴在錨網(wǎng)索支護(hù)體系施工完成后且與掘進(jìn)迎頭距離控制在20 m 以?xún)?nèi)。噴漿用漿液材質(zhì)為水、水泥及沙子，噴漿時(shí)應(yīng)由上至下進(jìn)行，噴頭與巷道壁間距800～1000 mm。具體圍巖支護(hù)斷面圖如圖4所示。

圖4 圍巖永久支護(hù)斷面圖（單位：mm）

2.3 圍巖支護(hù)效果分析

3501 回風(fēng)巷在過(guò)陷落柱期間，采用超前注漿、錨網(wǎng)索梁+噴漿+單點(diǎn)錨索支護(hù)方式后，監(jiān)測(cè)圍巖變形，結(jié)果如圖5 所示。從圖5 看出，3501 回風(fēng)巷在過(guò)陷落柱期間采用的圍巖支護(hù)體系可實(shí)現(xiàn)陷落柱破碎帶內(nèi)破碎煤巖體有效控制，支護(hù)60 d 內(nèi)圍巖變形即趨于穩(wěn)定，其中頂?shù)装濉蓭鸵平糠謩e為138 mm、152 mm；同時(shí)巷道在陷落柱影響范圍內(nèi)掘進(jìn)時(shí)未出現(xiàn)冒頂、片幫等問(wèn)題。

圖5 圍巖變形監(jiān)測(cè)曲線(xiàn)

3 結(jié)論

1）3501 回風(fēng)巷掘進(jìn)期間遇陷落柱，巷道過(guò)陷落柱期間面臨圍巖破碎、承載能力差等問(wèn)題，容易出現(xiàn)冒頂、片幫以及圍巖大變形等情況，給巷道掘進(jìn)安全以及掘進(jìn)效率帶來(lái)較大制約。結(jié)合3501 回風(fēng)巷、陷落柱現(xiàn)場(chǎng)情況，提出巷道掘進(jìn)過(guò)陷落柱圍巖支護(hù)技術(shù)，即超前注漿、錨網(wǎng)索梁+噴漿+單點(diǎn)錨索支護(hù)。

2）在巷道掘進(jìn)過(guò)陷落柱影響范圍內(nèi)即在掘進(jìn)迎頭布置注漿鉆孔，通過(guò)注漿鉆孔可實(shí)現(xiàn)巷道頂板及巷幫掘進(jìn)外輪廓線(xiàn)外6 m 范圍內(nèi)加固，避免掘進(jìn)時(shí)出現(xiàn)冒頂、片幫等問(wèn)題，為掘進(jìn)創(chuàng)造良好條件；在過(guò)陷落柱期間使用錨網(wǎng)索梁+噴漿+單點(diǎn)錨索圍巖支護(hù)體系，通過(guò)高強(qiáng)支護(hù)實(shí)現(xiàn)圍巖有效控制?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用后，巷道掘進(jìn)過(guò)陷落柱期間未出現(xiàn)冒頂或者片幫征兆，頂板及兩幫變形量分別控制在138 mm、152 mm 以?xún)?nèi)，3501回風(fēng)巷得以安全高效掘進(jìn)陷落柱。