十字交叉巷道支護(hù)技術(shù)研究

張 超

（晉城煤業(yè)集團(tuán) 寺河煤礦 二號(hào)井，山西 晉城048019）

煤礦生產(chǎn)掘進(jìn)過程中，巷道交叉現(xiàn)象比較常見，但巷道交叉點(diǎn)受兩次乃至多次采掘影響，應(yīng)力重新分布，易造成應(yīng)力集中。因此，如何加強(qiáng)巷道交叉點(diǎn)的支護(hù)是困擾很多礦井的難題〔1〕。

寺河煤礦二號(hào)井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力1.8Mt／a，現(xiàn)主采9＃和15＃煤層，是晉城煤業(yè)集團(tuán)的主力礦井之一。在9＃煤層開采過程中，由于采掘規(guī)劃的需要，九四盤區(qū)大巷與94311工作面的巷道出現(xiàn)多處十字交叉，出現(xiàn)了兩幫破碎，頂板下沉等現(xiàn)象，尤其是94101西巷，為盤區(qū)帶式輸送機(jī)大巷，擔(dān)負(fù)著運(yùn)輸和行人的任務(wù)，兩幫收縮量達(dá)到了900mm，頂板下沉量達(dá)到了600mm，嚴(yán)重影響了行人和運(yùn)輸，不得不進(jìn)行擴(kuò)幫臥底，增加了巷道的維護(hù)成本。為了保證巷道的正常使用，減少巷道的維護(hù)費(fèi)用，必須采取一定的技術(shù)手段對(duì)交叉點(diǎn)巷道進(jìn)行強(qiáng)化支護(hù)，避免多次返修。

1 工程概況

九四盤區(qū)位于寺河煤礦二號(hào)井井田西翼，為9＃煤層主采盤區(qū)。94101西巷、94102西巷、94103西巷分別為盤區(qū)行人運(yùn)輸（進(jìn)風(fēng)）大巷、回風(fēng)大巷、材料運(yùn)輸大巷。該區(qū)域煤層厚度在0.8～1.7m之間，為典型的薄煤層，其中頂板為厚度5.3m的粉砂巖，底板為2.6m泥巖和細(xì)砂巖混層。掘進(jìn)過程中，掘取部分直接底，保障斷面的高度。

其中，三條大巷均與94222巷、94223巷不同層交叉，94102西巷與94222巷、94223巷空間十字交叉、94101西巷與94222巷、94223巷十字交叉、94103西巷與94222巷、94223巷T字交叉。本文研究的重點(diǎn)是94101西巷與94222巷的十字交叉點(diǎn)，見圖1。

2 原支護(hù)形式下巷道破壞特征

2.1 原支護(hù)設(shè)計(jì)

94101巷與94222巷掘進(jìn)尺寸均為寬度為4.8m，高2.4m，掘進(jìn)斷面積為11.52m2。巷道支護(hù)設(shè)計(jì)示意見圖2，具體支護(hù)設(shè)計(jì)如下：

圖1 九四盤區(qū)大巷與回采巷道交叉示意

（1）錨桿：頂部和幫部均采用Φ20長(zhǎng)度為2m的左旋無縱筋螺紋鋼筋，桿尾螺紋為M22；頂板錨桿均垂直頂板安設(shè)，頂板角錨桿與垂線夾角不得超過10°安設(shè)；間排距1000mm×1200mm，每排5根，平行布置；幫部錨桿間排距900mm×1200mm，每排3根錨桿，平行布置；錨桿預(yù)應(yīng)力不得小于80kN。

（2）鋼筋托梁：頂部采用Φ12mm的鋼筋焊接而成，規(guī)格為SB－12－100－3700－4，長(zhǎng)×寬＝3700mm×100mm；長(zhǎng)度3700mm；幫部采用Φ12mm的鋼筋焊接而成，規(guī)格為SB－12－100－1000－2，長(zhǎng)×寬＝1700mm×100mm.。

（3）錨索：采用 Φ15.24mm，長(zhǎng)度為5.3m的高強(qiáng)度低松弛鋼絞線錨索，間排距2000mm×3600mm，每排2根，平行布置，預(yù)緊力不得小于150kN。

（4）金屬（塑料）網(wǎng)：頂板遇破碎地點(diǎn)掛4600mm×1200mm金屬網(wǎng)。幫部采用3800mm×1100mm塑料網(wǎng)。

2.2 巷道破壞特征

94101西巷掘進(jìn)初期，受煤層厚度及頂?shù)装鍘r性的影響，出現(xiàn)了輕微的兩幫煤體破碎現(xiàn)象，94222巷與94101西巷貫通后，兩幫破碎程度進(jìn)一步加深；待94311工作面回采后，隨著94101西巷運(yùn)輸量的加大，對(duì)巷道有一定的載荷沖擊，巷道變形進(jìn)一步加劇，主要的破壞特征表現(xiàn)為：

圖2 原巷道交叉位置支護(hù)設(shè)計(jì)示意

（1）兩幫煤體沿煤層的頂板和底板的交叉處鼓出，煤體破碎，兩幫最大收縮量達(dá)到801mm，局部錨桿可輕松拔出，失去承載能力。

（2）頂板出現(xiàn)離層，大面積破碎，并出現(xiàn)頂板下沉，最大下沉量達(dá)到489mm。

3 支護(hù)方案設(shè)計(jì)

相關(guān)研究表明，巷幫是頂板的有效支撐體，處于十字交叉兩條巷道，其支承壓力區(qū)和頂板的卸載區(qū)會(huì)產(chǎn)生疊加效應(yīng)。由于巷道交叉而形成的三角區(qū)域易發(fā)生應(yīng)力集中〔2－3〕，因此支護(hù)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是頂?shù)装迮c巷幫交叉處，配合架棚支護(hù)防止巷道變形，同時(shí)采用注漿錨桿進(jìn)行注漿加固，提高圍巖的完整性和整體性。

3.1 架棚支護(hù)

本次加強(qiáng)支護(hù)是在巷道返修的基礎(chǔ)上，即先對(duì)巷道進(jìn)行“擴(kuò)幫拉底”，使其恢復(fù)成原有的巷道設(shè)計(jì)尺寸。然后采用π型鋼梁配合單體柱的架棚支護(hù)方式，一梁三柱，其中膠帶左側(cè)單體柱間距2000mm，膠帶右側(cè)單體柱間距1500 mm，排距均為1000mm，具體支護(hù)形式見圖3。

3.2 注漿加固

本次注漿加固是利用注漿錨桿對(duì)煤壁兩幫及底角進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，其中兩幫注漿錨桿采用型號(hào)為Φ25－5的中空注漿錨桿，長(zhǎng)度2000mm，間距1000mm，上距頂板800mm，垂直于煤壁鉆進(jìn)，鉆孔深度3000mm；底角錨桿采用型號(hào)為Φ32－6，長(zhǎng)度4000mm，間距1000mm，沿底角下扎45°鉆進(jìn)，鉆孔深度5000mm。注漿錨桿布置示意見圖4。

巷道注漿加固，注漿材料的選擇是關(guān)鍵。十字交叉巷道表層圍巖破碎，深層由于煤體的擠出而形成空洞，因此需要高強(qiáng)度，快凝材料以抑制巷道的繼續(xù)變形。借鑒15＃煤層大巷注漿加固的經(jīng)驗(yàn)，本試驗(yàn)段采用晉煤研究院生產(chǎn)的聯(lián)邦加固一號(hào)材料。聯(lián)邦加固一號(hào)材料是以無機(jī)礦粉為主的地質(zhì)聚合物注漿材料，是雙液注漿材料，兩種漿液在混合前，6h內(nèi)不凝固、不泌水、不沉淀，混合后凝結(jié)時(shí)間為3～10min，1～8h的強(qiáng)度能達(dá)到8～15MPa以上，不同水灰比養(yǎng)護(hù)時(shí)間下的抗壓強(qiáng)見表1。

圖3 架棚支護(hù)示意

圖4 注漿錨桿注漿示意

表1 聯(lián)邦加固注漿材料（雙液）抗壓強(qiáng)度對(duì)比

4 試驗(yàn)效果分析

4.1 監(jiān)測(cè)方法

在94101西巷與94222巷十字交叉的位置（距交叉口0.5m處），試驗(yàn)注漿及架棚支護(hù)區(qū)域布置了4組測(cè)站，采用“十”字布點(diǎn)法，觀測(cè)兩幫及頂?shù)装宓奈灰屏?，同時(shí)，在94101西巷與94223巷十字交叉的位置（距交叉口0.5m處），布置了4組測(cè)點(diǎn)作為對(duì)比測(cè)站，觀測(cè)周期為30天。

4.2 數(shù)據(jù)分析

井下專人負(fù)責(zé)每2～3天觀測(cè)一次，將兩組數(shù)據(jù)整理，見圖5、圖6。

圖5 對(duì)比測(cè)站巷道表面位移變化

圖6 試驗(yàn)段巷道表面位移變化

由圖5可以看出，對(duì)比巷道區(qū)域，巷道兩幫及頂?shù)装遄冃嗡俾瘦^快，變形持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，巷道兩幫最大變形量達(dá)801mm，頂?shù)装逡平窟_(dá)到489mm；而進(jìn)行注漿加固和架棚支護(hù)的試驗(yàn)巷道區(qū)域，巷道變形速率明顯減緩，且在15天內(nèi)巷道變形趨于穩(wěn)定，巷道兩幫收縮量控制在50mm之內(nèi)，頂?shù)装逑鲁亮吭?0mm之內(nèi)，安全可控，支護(hù)效果立竿見影。

5 結(jié)語(yǔ)

1）通過對(duì)寺河煤礦二號(hào)井九四盤區(qū)十字交叉巷道調(diào)研，分析了十字交叉巷空間位置關(guān)系及巷道的破壞特征。

2）針對(duì)十字交叉巷的破壞特征，制定了架棚二次支護(hù)配合注漿錨桿注漿加固的支護(hù)方案，并在試驗(yàn)巷道區(qū)域進(jìn)行了工業(yè)性試驗(yàn)。

3）通過巷道表面位移監(jiān)測(cè)，架棚二次支護(hù)配合注漿錨桿注漿加固的支護(hù)方案，效果明顯，巷道變形均控制在允許范圍內(nèi)，保障了巷道的正常使用。

〔1〕單仁亮，孔祥松，李 斌，等.大斷面直墻半圓拱巷道支護(hù)設(shè)計(jì)與優(yōu)化〔J〕.中國(guó)礦業(yè)，2014，（1）：87.

〔2〕王引群.厚煤層十字交叉巷道支護(hù)技術(shù)研究〔J〕.山西煤炭.2011，（12）：48－49.

〔3〕劉海瑞，李金剛.礦用U型鋼棚＋砌碹支護(hù)在交叉巷道中的應(yīng)用〔J〕.陜西煤炭.2015，（4）：129－131.