不連溝煤礦工作面輔助運(yùn)輸巷道圍巖控制技術(shù)

徐青云，劉磊磊

（1.山西大同大學(xué)煤炭工程學(xué)院 山西大同 037003；2.中國(guó)華電內(nèi)蒙古蒙泰不連溝煤業(yè)有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古鄂爾多斯 010300）

不連溝煤礦工作面輔助運(yùn)輸巷道圍巖控制技術(shù)

徐青云1，劉磊磊2

（1.山西大同大學(xué)煤炭工程學(xué)院 山西大同 037003；2.中國(guó)華電內(nèi)蒙古蒙泰不連溝煤業(yè)有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古鄂爾多斯 010300）

巷道支護(hù)選擇設(shè)計(jì)直接影響到巷道圍巖的控制效果。針對(duì)不連溝煤礦工作面輔助運(yùn)輸巷道煤體豎向裂隙發(fā)育、側(cè)幫圍巖破碎嚴(yán)重等問題，通過分析不連溝煤礦F6103工作面巷道維護(hù)的現(xiàn)狀和原支護(hù)設(shè)計(jì)，提出以增強(qiáng)支護(hù)強(qiáng)度和加固破碎巖體為目標(biāo)的控制優(yōu)化方案。工程實(shí)踐顯示了采用支護(hù)優(yōu)化方案，提高了圍巖的穩(wěn)定性，解決了巷道變形和失穩(wěn)難題。

破碎煤體；巷道支護(hù)；圍巖控制；優(yōu)化方案

在煤礦生產(chǎn)過程中，巷道圍巖控制與巷道的支護(hù)是非常重要的環(huán)節(jié)，關(guān)系到煤炭生產(chǎn)的高產(chǎn)高效與采煤安全。提高圍巖的穩(wěn)定性，合理選擇支護(hù)方式是巷道圍巖控制的主要途徑。通過分析工作面巷道地質(zhì)條件及巷道維護(hù)現(xiàn)狀，提出了不連溝礦F6103工作面非業(yè)主運(yùn)輸巷道圍巖控制優(yōu)化方案，將巷道變形量控制在目標(biāo)范圍之內(nèi)，解決了巷道圍巖變形和失穩(wěn)難題［1-5］。

1 工作面地質(zhì)概況及輔助運(yùn)輸巷維護(hù)現(xiàn)狀

F6103工作面所采煤層為石炭系上統(tǒng)太原組6#煤層，煤層產(chǎn)狀平緩，裂隙較發(fā)育。6#煤層厚11～21.5m，平均厚度15.8m；煤層傾角0～8°，平均4°；基本頂主要是粗砂巖，厚度為16.7m，局部礫泥質(zhì)孔隙式膠結(jié)為主；直接頂以泥巖、砂巖為主，厚度3.3m，薄層狀泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，局部夾煤線巖石破碎呈碎塊狀平坦?fàn)顢嗫?；直接底以泥巖、砂質(zhì)泥巖類為主，厚度1.1m；基本底主要是細(xì)砂巖，厚度平均2.9m，以石英為主長(zhǎng)石次之，孔隙式膠結(jié)，堅(jiān)硬，夾有少量炭屑。

不連溝煤礦區(qū)域遭受的地質(zhì)構(gòu)造應(yīng)力強(qiáng)烈，導(dǎo)致煤體發(fā)育豎向裂隙而破碎，掘進(jìn)頭炸幫現(xiàn)象嚴(yán)重，巷道成形很差。一般支護(hù)方式難以保證巷道圍巖穩(wěn)定，常造成巷道的大變形或大破壞，范圍可達(dá)1～3m以上。F6103工作面回采開始后，輔助運(yùn)輸巷受采空影響礦壓顯現(xiàn)明顯，煤柱幫側(cè)圍巖嚴(yán)重?cái)D壓破碎，出現(xiàn)大面積“網(wǎng)兜”。待工作面回采完畢，副幫進(jìn)行注漿加固，正幫變形日益劇烈，導(dǎo)致急需對(duì)正幫也進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固，有些地段巷道實(shí)體煤幫和煤柱幫整體相對(duì)移近量達(dá)1 500mm，見圖1。

F6103工作面輔助運(yùn)輸巷根據(jù)其變形破壞程度可以分為三段：第一段為工作面前方未采段，巷道變形較?。坏诙螢?00～440m，受采動(dòng)影響，巷道中下部突出明顯、中部錨桿木托板壓壞較多、上部煤幫有一定的位移；第三段為440～680m，處于鄰近F6103面采空區(qū)的應(yīng)力降低區(qū)，巷道壓力顯現(xiàn)較弱，變形較小。

圖1 F6103工作面輔運(yùn)巷巷道變形圖

2 F6103工作面輔助運(yùn)輸巷道原支護(hù)形式

F6103工作面輔助運(yùn)輸巷設(shè)計(jì)斷面為寬×高＝5 500×3 600mm的矩形。支護(hù)參數(shù)選擇如下：

1）巷道全斷面設(shè)計(jì)布置排距1 000mm的錨桿14根，見圖2。巷道頂板布置6根規(guī)格為Φ18×2 400mm的等強(qiáng)無(wú)縱筋左旋螺紋鋼錨桿，并配合H型鋼梁支護(hù)；兩幫分別布置 4根規(guī)格為Φ16×2 000mm的圓鋼錨桿，配合木托盤支護(hù)。

2）錨桿支護(hù)附件

頂板支護(hù)采用H型鋼梁配合鋼筋塑料網(wǎng)。H型鋼梁：Φ12mm圓鋼加工；鋼筋塑料網(wǎng)中包覆8股直徑6.5mm的鋼筋，網(wǎng)孔規(guī)格100×100mm；塑料網(wǎng)網(wǎng)孔為50×50mm；配150×150×8mm碟形鐵托盤。

圖2 F6103輔運(yùn)巷原錨桿布置圖

兩幫的錨桿支護(hù)布置與運(yùn)輸巷相同，如圖2所示。實(shí)體煤幫和煤柱幫用鋼筋塑料網(wǎng)進(jìn)行護(hù)幫支護(hù)。高強(qiáng)塑料網(wǎng)的網(wǎng)孔50×50mm規(guī)格；鋼筋塑料網(wǎng)為包覆8股鋼筋，網(wǎng)孔50×50mm的規(guī)格；采用500×300×50mm木托盤或150×150×8mm開平鐵托盤。

3）錨桿的錨固方式

采用端頭加長(zhǎng)錨固方式。每根頂部鋼錨桿采用2支CK2350規(guī)格的樹脂錨固劑，幫部錨桿均采用2支K2350或Z2350規(guī)格的樹脂錨固劑。

圖3 F6103輔運(yùn)輸巷頂板小孔徑錨索布置圖

4）錨索支護(hù)

錨索采用預(yù)應(yīng)力鋼絞線，錨索直徑Φ15.24mm，長(zhǎng)度為8.0m，外露長(zhǎng)度200mm，排距3.0m，見圖3。錨索間隔布置，每3排錨桿布置1排錨索，每排分別為2根、3根。每根錨索采用配套的專用鎖具，3支Z2350錨固劑錨固，錨索托盤采用300×300×14mm規(guī)格為高強(qiáng)托盤，要求預(yù)緊力大于120KN。

3 巷道圍巖控制優(yōu)化分析

3.1 圍巖優(yōu)化控制目標(biāo)

煤層頂?shù)装逑鄬?duì)移近量與兩幫變形量控制在設(shè)計(jì)的預(yù)留范圍內(nèi)，保證在回采期間的運(yùn)輸及通風(fēng)對(duì)巷道斷面基本要求，防止圍巖大變形，杜絕冒頂?shù)戎卮笫鹿实陌l(fā)生。

該優(yōu)化措施在6#煤層F6103工作面輔助運(yùn)輸巷工業(yè)性試驗(yàn)成功后，可在地質(zhì)條件類似的鄰近采區(qū)或礦推廣應(yīng)用。

3.2 圍巖試樣試驗(yàn)

巖石力學(xué)試驗(yàn)是圍巖巖石力學(xué)研究工作的基礎(chǔ)，不僅能夠?yàn)楣こ淘O(shè)計(jì)和施工提供必不可少的巖石物理力學(xué)性質(zhì)的第一手資料，而且還能為圍巖的巖石力學(xué)理論分析提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。試驗(yàn)結(jié)合不連溝煤礦6#煤層，對(duì)其巖石物理力學(xué)特性進(jìn)行試驗(yàn)研究，主要內(nèi)容有：煤（巖）樣單軸抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)、煤（巖）樣抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)（巴西法）、煤（巖）樣三軸壓縮和煤（巖）樣注漿壓縮試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該礦煤（巖）體裂隙發(fā)育，抗壓強(qiáng)度低。技術(shù)方案主要應(yīng)以增強(qiáng)支護(hù)強(qiáng)度（密度）和加固破碎巖體來達(dá)到控制效果。

3.3 圍巖控制優(yōu)化方案

根據(jù)煤巖體力學(xué)試驗(yàn)數(shù)據(jù)和礦井實(shí)際支護(hù)材料使用情況，對(duì)于不同的圍巖特征采取不同的控制方案。對(duì)變形不嚴(yán)重的圍巖完整段巷道，采取錨桿補(bǔ)強(qiáng)的手段增加圍巖的自穩(wěn)，避免失穩(wěn)。對(duì)圍巖破碎段巷道，單純依靠打錨桿已經(jīng)很難控制圍巖變形，建議采取錨桿補(bǔ)強(qiáng)和注漿加固圍巖的方式，實(shí)現(xiàn)巷道圍巖自穩(wěn)，實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)。

3.3.1 煤巷圍巖較完整段控制方案

煤層開采初期圍巖尚有自穩(wěn)能力，選擇錨桿（索）補(bǔ)強(qiáng)的手段控制圍巖。

1）巷道極限跨度≤6m，且不能損害原有巷道錨桿的支護(hù)性能。在此基礎(chǔ)上逐排檢查緊固和清理浮煤，對(duì)已失效錨桿重新打設(shè)。

2）浮煤清理后，每間隔1排補(bǔ)打規(guī)格為Φ20×2 400mm的右旋等強(qiáng)全螺紋鋼錨桿2根，配合H型雙筋鋼梁使用。補(bǔ)打錨桿從H型雙筋鋼梁的限位孔中穿過。

3）錨桿支護(hù)附件

圖4 梯子梁加工圖

采用Φ15mm圓鋼，長(zhǎng)2 070mm制作H型鋼梁。長(zhǎng)筋內(nèi)間距35mm，錨桿限位孔兩側(cè)再加雙短筋焊接，兩個(gè)限位孔間增加1個(gè)短筋以提高強(qiáng)度，配150×150×10mm碟形鋼托盤。梯子梁加工，見圖4。

4）錨桿錨固方式

采用錨桿端頭加長(zhǎng)錨固方式，幫部錨桿采用樹脂錨固劑K2 350和Z2 350各1支，錨固預(yù)緊力不小于60KN。

5）錨索支護(hù)

在采空側(cè)煤柱塑性區(qū)發(fā)展較深時(shí)，補(bǔ)打Φ17.8mm的預(yù)應(yīng)力鋼絞線錨索，錨索長(zhǎng)度為8.0m，外露長(zhǎng)度300mm。每根錨索使用3支Z2350錨固劑，采用配套的專用鎖具，托盤采用300×300×16mm規(guī)格鋼板和一塊厚度不小于10mm的錨桿托盤。

圖5 圍巖完整段幫錨桿補(bǔ)強(qiáng)布置圖

3.3.2 圍巖破碎段控制優(yōu)化方案

針對(duì)破碎段巷道采取錨桿（索）補(bǔ)強(qiáng)和注漿的方法綜合治理。

1）錨桿（索）補(bǔ)強(qiáng)。補(bǔ)打錨桿（索）具體方案同

3.3.1 方案。

2）注漿加固控制。注漿加固技術(shù)，是基于主動(dòng)支護(hù)原理的一種聯(lián)合支護(hù)方式。巷道圍巖破碎嚴(yán)重時(shí)，松動(dòng)范圍內(nèi)裂隙比較發(fā)育，在圍巖變形尚未穩(wěn)定時(shí)，利用錨桿錨固圍巖體同時(shí)漿液封堵圍巖裂隙，將松散破碎的圍巖膠結(jié)成整體，改變了圍巖的內(nèi)部松散結(jié)構(gòu)，提高了巖體的內(nèi)聚力，內(nèi)摩擦角，見圖6。注漿顯然可以大大提高巷道穩(wěn)定性，擴(kuò)大錨桿的使用范圍。

圖6 莫爾強(qiáng)度準(zhǔn)則表示的注漿前后巖體強(qiáng)度變化

F6103工作面輔助運(yùn)輸巷經(jīng)采動(dòng)壓力變化影響后，煤體原本較發(fā)育的縱向裂隙更加發(fā)育密集，圍巖破碎程度加劇，可錨性更差，常造成錨桿錨固力低或失效，造成安全隱患。采用注漿加固技術(shù)，進(jìn)行人工干預(yù)，改變F6103輔助運(yùn)輸巷圍巖的松散結(jié)構(gòu)，提高煤層及圍巖粘結(jié)力和內(nèi)摩擦角，封閉裂隙，提高強(qiáng)度，形成新的承載結(jié)構(gòu)，提高承載能力。煤體和圍巖注漿后整體性變好，強(qiáng)化了錨桿的依托基礎(chǔ)，通過錨桿的預(yù)緊應(yīng)力，提高錨桿的錨固力，有效阻止巷道的變形破壞，維持巷道長(zhǎng)期穩(wěn)定［6-8］。

4 圍巖控制優(yōu)化效果

F6103工作面輔運(yùn)巷圍巖控制優(yōu)化措施實(shí)施后，經(jīng)過幾個(gè)月的觀測(cè)，控制效果明顯，見圖7。

圖7 原、新支護(hù)方案段巷道變形量對(duì)比圖

5 結(jié)論

通過對(duì)不連溝煤礦F6103工作面輔助運(yùn)輸巷圍巖完整段和破碎段進(jìn)行分段優(yōu)化支護(hù)和注漿加固的控制技術(shù)措施，達(dá)到了有效控制巷道的過度變形和破壞的目的，工程實(shí)施的效果顯示巷道穩(wěn)定性良好，達(dá)到了預(yù)期的圍巖控制目標(biāo)，保證了礦井的安全生產(chǎn)［9］。

［1］陳登紅，華心祝，李英明.復(fù)雜條件下回采巷道圍巖控制綜合技術(shù)［J］.煤炭科學(xué)技術(shù)，2010（12）：14-21.

［2］高路，吳德儒.綜放面沿空巷道圍巖控制［J］.礦山壓力與頂板管理.2001（02）：52-87.

［3］任前程，華心祝，陳登紅，等.深井大采高綜放工作面圍巖巷道變形研究［J］.山西焦煤科技.2011（12）：45-50.

［4］胡國(guó)偉，靳鐘銘.大采高綜采工作面礦壓觀測(cè)及其顯現(xiàn)規(guī)律研究［J］.太原理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，37（6）：127-130.

［5］趙陽(yáng)升.承壓水上采煤理論與技術(shù)［M］.北京：煤炭工業(yè)出版社，2004.

［6］竇紅平.綜放工作面松軟破碎煤體防片幫冒頂技術(shù)探討［J］.能源技術(shù)與管理；2010（2）：59-61.

［7］陳軼平.綜采工作面超前支護(hù)支承壓力觀測(cè)與分析［J］.山西大同大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2009，25（3）：63-65.

［8］錢鳴高，石平五.礦山壓力與巖層控制［M］.徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2003.

［9］曾正良.巷道變形破壞的因素及控制方法［J］.煤炭技術(shù)，2008（4）：141-143.

〔責(zé)任編輯 石白云〕

Surrounding Rock Control Optimization Analysis for Auxiliary Transportation Roadway of Working Face in Bu Lian-gou Coal Mine

XU Qing-yun1，LIU Lei-lei2
（1.School of Coal Engineering，Shanxi Datong University，Datong Shanxi，037003；2.Bu Liangou Coal Company of Mengtai，Erdos Inner Mongolia，010300）

Unreasonable roadway support design will directly affect the surrounding rock controlling effect.Based on vertical fracture development of coal body，broken side wall surrounding rock and other serious problems of auxiliary transportation roadway for the working face in Bu Lian-gou coalmine，the working face roadway maintenance status and rock specimen test result were analyzed in this paper.The optimization control scheme had been put forward to strengthen the support strength and reinforcement of broken rock mass as the goal to improve the stability of surrounding rock and solve the deformation instability problem.

roadway surrounding rock；support form；control；optimization scheme

R392.12

A

1674-0874（2012）05-0061-04

2012-08-06

徐青云（1976-），男，河北成安人，碩士，講師，研究方向：煤炭開采與礦井安全。