李村煤礦西翼膠帶大巷大斷面巷道圍巖控制技術(shù)研究

屈陽

（山西潞安礦業(yè)集團(tuán)慈林山煤業(yè)有限公司 李村煤礦，山西 長治 046600）

李村西翼膠帶大巷埋深大，巷道圍巖軟弱破碎，掘進(jìn)擾動(dòng)大，傳統(tǒng)錨桿支護(hù)理論[11]不適合此類條件下的巷道圍巖控制，需要分析大斷面巷道變形機(jī)理以及深部巷道錨桿、索加固機(jī)理[12]。此次根據(jù)李村煤礦西翼膠帶大巷實(shí)際工程地質(zhì)條件，以錨桿支護(hù)圍巖強(qiáng)度強(qiáng)化理論為指導(dǎo)[13-15]，確定膠帶大巷的修復(fù)加固方案，以期優(yōu)化圍巖控制參數(shù)，降低圍巖的變形量，達(dá)到深井大斷面巷道圍巖長期穩(wěn)定的目的。

1 概 況

西翼膠帶大巷設(shè)計(jì)長度2 032.5 m，設(shè)計(jì)斷面為矩形，掘進(jìn)斷面為23.58 m2，掘進(jìn)寬度5 240 mm，掘進(jìn)高度4 500 mm，支護(hù)采用錨網(wǎng)索梁噴聯(lián)合支護(hù)方式。西翼膠帶大巷為全煤巷施工，沿3 號煤層掘進(jìn)，根據(jù)三維地震勘探資料、附近地質(zhì)鉆孔資料以及礦井實(shí)際揭露地質(zhì)資料，西翼膠帶大巷煤層傾角為3°～11°，煤層頂板最高點(diǎn)在巷道開口處，預(yù)計(jì)標(biāo)高+361.25 m，最低點(diǎn)在里程1 817 m處，預(yù)計(jì)標(biāo)高為+210.85 m，最高點(diǎn)和最低點(diǎn)高差約為151 m。

西翼膠帶大巷巷道偽頂為泥巖，黑色，含植物化石，厚0.7～1.1 m；直接頂為砂質(zhì)泥巖，灰黑色，厚層狀，含植物化石，厚0～2.4 m；老頂主要為粉砂巖，灰黑色，厚層狀，厚6.9～7 m；直接底為砂質(zhì)泥巖，灰黑色，厚層狀，厚1～1.4 m；老底為細(xì)粒砂巖～粉砂巖，灰黑色、灰色，中厚層狀，節(jié)理發(fā)育，層厚2.9～3.2 m。

結(jié)合礦井實(shí)際揭露地層情況，本巷道正常涌水以頂板砂巖裂隙水為主，預(yù)計(jì)涌水量為3～8 m3/h。該巷道位于井田東部區(qū)域，正常情況下不存在突水危險(xiǎn)，但遇斷裂構(gòu)造可能存在導(dǎo)水裂隙導(dǎo)通奧灰水，因此，在掘進(jìn)期間應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行礦井相關(guān)防治水規(guī)定，做好超前鉆探工作。

2 巷道地質(zhì)力學(xué)評估

根據(jù)錨桿支護(hù)技術(shù)規(guī)范的要求，巷道進(jìn)行錨桿錨索支護(hù)設(shè)計(jì)前應(yīng)對巷道圍巖進(jìn)行地質(zhì)力學(xué)評估，包括現(xiàn)場地質(zhì)條件和生產(chǎn)條件調(diào)查、煤巷圍巖物理力學(xué)性質(zhì)測定、圍巖結(jié)構(gòu)觀測、地應(yīng)力測量和錨桿拉拔力試驗(yàn)，評估結(jié)果證明錨桿支護(hù)結(jié)果可行時(shí)，方可進(jìn)行錨桿、錨索支護(hù)設(shè)計(jì)。

根據(jù)評估結(jié)果，李村煤礦西翼膠帶大巷圍巖穩(wěn)定性分類結(jié)果為III 類中等穩(wěn)定圍巖，采用錨桿錨索支護(hù)可行。根據(jù)煤炭系統(tǒng)1988 年頒布使用《我國緩傾斜、傾斜煤層回采巷道圍巖穩(wěn)定性分類方案》，李村煤礦西翼膠帶大巷推薦采用的支護(hù)方式和支護(hù)參數(shù)主要分為兩種情況。

頂板較完整地段，采用錨桿+鋼筋梁或桁架，錨桿錨固采用端部錨固，桿體直徑16～18 mm，錨桿長度1.6～2.0 m，間排距0.8～1.0 m，設(shè)計(jì)錨固力64～80 kN。

頂板較破碎地段，采用錨桿+W 鋼帶（或鋼筋梁）+網(wǎng)，或增加錨索、桁架+網(wǎng)或增加錨索，錨桿錨固采用端部錨固，桿體直徑16～18 mm，錨桿長度1.8～2.2 m，間排距0.6～1.0 m，設(shè)計(jì)錨固力64～80 kN，采用全長錨固，桿體直徑18～22 mm，錨桿長度1.8～2.4 m，間排距0.6～1.0 m。

3 西翼膠帶大巷加固方案

3.1 淺孔注漿加固圍巖

針對西翼膠帶大巷在高應(yīng)力的長期作用下圍巖松散、破碎的特點(diǎn)，經(jīng)過對材料力學(xué)性能、加固效果、市場價(jià)格等對比的基礎(chǔ)上，選用山西中礦威特礦山技術(shù)開發(fā)有限公司生產(chǎn)的雙液速凝無機(jī)注漿加固材料。注漿材料的水灰比0.8∶1，AB 兩個(gè)材料的比例為1∶1。注漿管采用4 分鍍鋅管，管上開孔，孔間距約為300 mm 左右。

巷道頂板共布置3 個(gè)注漿孔，1 根布置在巷道頂板正中間，另外2 根分別距離巷道兩幫約500 mm，并向巷外傾斜約15°；巷道兩幫各布置3 個(gè)注漿孔，1 根布置在巷道高度的中間，另外2 個(gè)分別距離巷道頂板和底板約500 mm，并向頂板和底板傾斜約15°。注漿孔封孔采用具有單向閥的橡膠注漿封孔器，封孔方式簡單、快捷，封孔效果好，不會(huì)漏漿。

注漿采用長城注漿設(shè)備有限公司生產(chǎn)的2ZBQ40/11 型氣動(dòng)注漿泵和QB200 型氣動(dòng)攪拌桶。注漿壓力達(dá)到5 MPa 左右即可停止注漿，也可根據(jù)現(xiàn)場漏漿情況實(shí)時(shí)調(diào)整。

3.2 錨桿錨索補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)方案

巷道頂部布置7 根錨桿，錨桿間排距800 mm×1 000 mm，配合7 眼雙鋼筋梯子梁；頂部布置3 根錨索，錨索間排距為1 600 mm×1 000 mm，錨索長度7 300 mm。巷道幫部兩幫各布置6 根錨桿，錨桿間排距800 mm×1 000 mm，上部3 根錨桿配合3 眼單鋼筋梯子梁，下部3 根錨桿打W 鋼護(hù)板；兩幫各布置2 根錨索，錨索間排距2 000 mm×2 000 mm，錨索長度5 300 mm；當(dāng)巷道底腳錨桿距巷道底板間距大于400 mm 時(shí)，再打1 根錨桿，加設(shè)W 鋼護(hù)板。支護(hù)情況如圖1、圖2 所示。

圖1 西翼膠帶大巷斷面支護(hù)示意Fig.1 Section support schematic of west wing belt roadway

圖2 運(yùn)輸大巷錨桿、錨索布置展開示意Fig.2 Arrangement of anchor bolt and anchor cable in transportation roadway

錨桿采用桿體為φ22 mm 左旋無縱筋螺紋鋼筋，鋼號為超高強(qiáng)熱處理錨桿MSGLW-500 號，長度2 400 mm，桿尾螺紋為M24，錨固劑為MSCKb2335、MSZ2360 樹脂錨固劑，每孔各1 支。錨固力不小于190 kN，預(yù)緊力矩為400 N·m，錨桿外露長度10～50 mm。錨桿托盤拱形高強(qiáng)度托盤配合球形墊和減阻尼龍墊圈，規(guī)格150 mm×150 mm×12 mm，托盤高度大于36 mm。頂板錨索采用φ22 mm，1×19 股高強(qiáng)度松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線；錨索長度7 300 mm，每根錨索使用3 支MSZ2360 樹脂錨固劑，錨固力不小于300 kN，外露長度150～250 mm。幫部錨索采用φ22 mm，1×19 股高強(qiáng)度松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線；錨索長度5 300 mm，每根錨索使用MSZ2360 三支樹脂錨固劑，錨固力不小于300 kN，外露長度150～250 mm。錨索托盤采用300 mm×300 mm×16 mm 高強(qiáng)度可調(diào)托盤及配套鎖具，托盤要求高度大于60 mm，承載能力大于550 kN。梯子梁頂部采用φ14 mm 雙鋼筋焊接，頂板托梁全長5 000 mm，寬度110 mm，7 眼，孔間距800 mm；幫部采用單鋼筋托梁，托梁全長1 800 mm，寬度80 mm，3 眼，孔間距800 mm。W鋼護(hù)板規(guī)格為280 mm×450 mm×5 mm。

4 工業(yè)性試驗(yàn)

對西翼運(yùn)輸大巷巷道圍巖變形進(jìn)行監(jiān)測，掌握西翼大巷圍巖變形規(guī)律，以便及時(shí)調(diào)整支護(hù)設(shè)計(jì)并驗(yàn)證其合理性。

采用十字布點(diǎn)法安設(shè)表面位移監(jiān)測斷面，在頂板中部垂直方向和兩幫（距底1 500 mm 高）水平方向鉆φ32 mm，深400 mm 的孔，將φ34 mm 長420 mm 的木樁打入孔中，頂板和左幫木樁端部安設(shè)彎形測釘，右?guī)湍緲抖瞬堪苍O(shè)平頭測釘。兩表面位移監(jiān)測斷面沿巷道軸向間隔0.6～1.0 m。剛布置安裝好的測站，3 d 觀測1 次，頂板穩(wěn)定后5 d 觀測2 次。西翼膠帶大巷頂?shù)装逡平咳鐖D3 所示。西翼膠帶大巷兩幫移近量如圖4 所示。

圖3 西翼膠帶大巷頂?shù)装逡平縁ig.3 Roof and floor convergence amount of west wing belt roadway

圖4 西翼膠帶大巷兩幫移近量Fig.4 Two-sided displacement convergence amount of west wing belt roadway

通過分析西翼膠帶大巷頂?shù)装寮皟蓭鸵平浚數(shù)装逡平恳约皟蓭鸵平吭谙锏谰蜻M(jìn)初期增速較快，變化幅度也較大。隨著觀測時(shí)間的增加，頂?shù)装逡平恳约皟蓭鸵平恐饾u趨于穩(wěn)定。測站一頂?shù)装逦灰圃?4 d 左右趨于穩(wěn)定，形變量為330 mm，測站二頂?shù)装逦灰圃?6 d 左右趨于穩(wěn)定，形變量為260 mm。測站一、二兩幫變形均在33 d 左右趨于穩(wěn)定，測站一兩幫形變量為360 mm，測站二形變量為330 mm，且巷道兩幫變形量大于頂?shù)装遄冃瘟俊?/p>

通過優(yōu)化支護(hù)和加固方案，西翼膠帶大巷的大變形得到了有效控制，驗(yàn)證了支護(hù)方案的可行性。

5 結(jié)論

（1）基于李村煤礦西翼膠帶大巷大斷面巷道圍巖變形較大、反復(fù)維修仍難以控制的現(xiàn)狀，通過對巷道圍巖進(jìn)行地質(zhì)力學(xué)評估，獲得了西翼膠帶大巷圍巖穩(wěn)定性分類結(jié)果為III 類中等穩(wěn)定圍巖。

（2）煤巷錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)采用動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)方法，在地質(zhì)力學(xué)評估的基礎(chǔ)上按初始設(shè)計(jì)—井下監(jiān)測—信息反饋—正式設(shè)計(jì)的順序進(jìn)行。根據(jù)圍巖地質(zhì)力學(xué)評估結(jié)果，提出了一套具有針對性的巷道圍巖控制方案，即先進(jìn)行淺孔定向注漿加固圍巖，然后優(yōu)化錨桿錨索控制方案。

（3）工業(yè)性試驗(yàn)結(jié)果表明，提出的圍巖控制技術(shù)，有效解決了李村煤礦西翼膠帶大巷大斷面巷道圍巖大變形的問題，為該礦類似地質(zhì)條件大斷面巷道圍巖控制提供了借鑒。