深部動(dòng)壓巷道圍巖變形原因分析及控制技術(shù)

藺蘇平

摘 要：文章以保安煤礦15105補(bǔ)進(jìn)風(fēng)巷為研究對(duì)象，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)窺視、理論分析等多種手段分析該巷道圍巖變形的原因，并制定了綜合的注漿加固方案，結(jié)果表明，基于綜合注漿加固基礎(chǔ)上的圍巖控制技術(shù)能明顯控制深井動(dòng)壓巷道的變形，為礦井后續(xù)動(dòng)壓巷道的維護(hù)提供了技術(shù)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：深部開(kāi)采 動(dòng)壓巷道 圍巖變形 圍巖控制

中圖分類(lèi)號(hào)：TD322 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）06（b）-0097-02

保安煤業(yè)目前回采15#煤，巷道埋深在700～826m，屬深部礦井，由于采掘接續(xù)緊張，在本工作面回采期間需掘進(jìn)相鄰下一工作面順槽，形成對(duì)穿巷道，該巷道受多次動(dòng)壓影響，對(duì)巷道支護(hù)提出嚴(yán)峻考驗(yàn)。因保安煤業(yè)地質(zhì)條件復(fù)雜、圍巖強(qiáng)度與結(jié)構(gòu)偏弱，加之原有支護(hù)不盡合理，導(dǎo)致部分巷道在經(jīng)受一次采動(dòng)影響后發(fā)生嚴(yán)重底鼓、頂板下沉和兩幫擠出，巷道無(wú)法正常使用，必須進(jìn)行返修。

1 工程概況

15105補(bǔ)進(jìn)風(fēng)順槽服務(wù)于15105回采工作面。15105工作面回采時(shí)，15105補(bǔ)進(jìn)風(fēng)順槽作為進(jìn)風(fēng)、皮帶出煤、運(yùn)輸、行人巷道。巷道南部以15#煤軌道斜巷為界，西部以15105未采面為界，東以15103尾巷界；巷道走向長(zhǎng)度為1107m。15105補(bǔ)進(jìn)風(fēng)順槽于15103工作面回采時(shí)開(kāi)始掘進(jìn)，其余兩巷均已掘出，巷道掘進(jìn)斷面為4800×4000mm，巷間煤柱中-中24.8m，凈煤柱寬度20m，已掘進(jìn)600余m，后遭遇15103工作面的回采動(dòng)壓影響，巷道出現(xiàn)嚴(yán)重變形，已經(jīng)無(wú)法使用，經(jīng)擴(kuò)巷、補(bǔ)打錨桿錨索等多種措施維修后仍不能控制的變形。工作面布置如圖1所示。

2 地質(zhì)與生產(chǎn)條件調(diào)查

2.1 煤層及頂?shù)装迩闆r

煤層：15#煤層為簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)煤層，煤層厚度3.50～4.50m，平均4.01m，有時(shí)含矸3層，上部粉狀，下部塊狀，內(nèi)外生裂隙發(fā)育，以優(yōu)質(zhì)無(wú)煙煤為主，煤下部為黃鐵礦結(jié)核及薄膜。上距9#煤平均60.33m，主要由黑色、黑灰色砂質(zhì)泥巖、灰色、灰白色砂巖組成，構(gòu)造簡(jiǎn)單。

老頂：K2石灰?guī)r厚2.6～3.3m，平均3.2m，再往上為砂質(zhì)泥巖、細(xì)砂巖。

直接頂：砂質(zhì)泥巖厚3.9～5.9m、K2下石灰?guī)r厚1.02～2.1m，平均1.9m。

直接底：砂質(zhì)泥巖均厚1.15m。

老底：粉砂巖1.8～2.6m。

巖性柱狀圖如圖2所示。

頂板K2石灰?guī)r中含大量腕足類(lèi)蜓及海百合莖等動(dòng)物化石，中間夾黑色泥巖、粉砂巖，其裂隙均被方解石充填，石灰?guī)r抗壓強(qiáng)度47.2～52.8 MPa，平均49.3MPa；抗拉強(qiáng)度1.18～1.47MPa，平均1.32MPa。

15#煤底板為砂質(zhì)泥巖，泥巖及粉-細(xì)砂巖，厚1.00～3.85m，平均2.75m，砂質(zhì)泥巖抗壓強(qiáng)度54.4～63.2MPa，平均59.6MPa。

2.2 巷道原支護(hù)參數(shù)及變形情況

15105補(bǔ)進(jìn)風(fēng)巷掘進(jìn)期間巷道頂板的支護(hù)參數(shù)為：錨桿直徑為20mm，長(zhǎng)度為2400mm，材質(zhì)為右旋全螺紋錨桿，錨索為1×7股預(yù)應(yīng)力鋼絞線，直徑為21.6mm，長(zhǎng)度為6200mm和8200mm兩種，鋼帶是“蝶形”鋼帶，規(guī)格為4500×220×4mm，網(wǎng)片采用10#鐵絲編織而成，規(guī)格為6300×1000mm，頂板支護(hù)排距850mm，間距700mm。

巷幫支護(hù)參數(shù)為：錨桿直徑為18mm，長(zhǎng)度為2500mm，材質(zhì)為圓鋼錨桿，錨索直徑為17.8mm，長(zhǎng)度為4200mm，網(wǎng)片采用10#鐵絲編織而成，規(guī)格為3500×1000mm，巷幫支護(hù)排距850mm，間距800mm。支護(hù)斷面圖如圖3所示。

15105補(bǔ)進(jìn)風(fēng)巷北段掘進(jìn)期間巷道頂板的支護(hù)參數(shù)為：錨桿直徑為22mm，長(zhǎng)度為2400mm，材質(zhì)為左旋無(wú)縱筋螺紋鋼，鋼號(hào)為BHRB500，錨索為1×19股預(yù)應(yīng)力鋼絞線，直徑為21.6mm，長(zhǎng)度為5200mm，鋼帶是“蝶形”鋼帶，規(guī)格為4500×220×4mm，網(wǎng)片采用10#鐵絲編織而成，規(guī)格為6300×1000mm，錨桿排距800mm，間距700mm，錨索排距1600mm，間距為1200mm和1500mm。

巷幫支護(hù)參數(shù)為：錨桿直徑為18mm，長(zhǎng)度為2500mm，材質(zhì)為圓鋼錨桿，錨索直徑為17.8mm，長(zhǎng)度為4200mm，W鋼護(hù)板的規(guī)格為280×450×4mm，網(wǎng)片采用10#鐵絲編織而成，規(guī)格為3500×1000mm，巷幫支護(hù)排距800mm，間距900mm。支護(hù)斷面圖如圖4所示。

15105巷在使用全螺紋錨桿進(jìn)行支護(hù)時(shí)，巷道變形極其嚴(yán)重，以致最后閉巷重新掘進(jìn)，在頂板更換支護(hù)材料后，由于巷幫支護(hù)強(qiáng)度沒(méi)有發(fā)生根本改變，巷道變形量依舊很大，并且隊(duì)組習(xí)慣性的長(zhǎng)掘長(zhǎng)支嚴(yán)重的違背了錨桿支護(hù)的核心理念，巷道在回采前也進(jìn)行了大量的修復(fù)。

2.3 現(xiàn)場(chǎng)窺視

為詳細(xì)了解巷道圍巖變形情況，在15105補(bǔ)進(jìn)風(fēng)巷頂板和兩幫分別布置了鉆孔進(jìn)行窺視，窺視結(jié)果如圖5所示。窺視結(jié)果表明：

（1）15#煤K2灰?guī)r頂板厚度一般為0～3m，平均為2.3m?；?guī)r內(nèi)水平層理發(fā)育，為水平層狀巖層，內(nèi)部富含方解石脈；

（2）灰?guī)r受到擾動(dòng)較小時(shí)較為完整。表現(xiàn)為在掘進(jìn)初期頂板較為完整，但受到后期地應(yīng)力變化、巷道變形、采動(dòng)影響時(shí)層狀發(fā)育的頂板在水平剪切作用下發(fā)生離層、錯(cuò)動(dòng)，在縱橫交錯(cuò)的方解石脈參與下，發(fā)生縱橫切割，而導(dǎo)致整體破壞而發(fā)生頂板離層、下沉、破碎；

（3）灰?guī)r頂板上部砂質(zhì)泥巖整體性較好，僅在巷道變形較大部位處有零星裂隙區(qū)，一般影響范圍在5m以內(nèi)；

（4）兩幫煤體較為軟弱破碎，破壞范圍一般為0～1.4m，內(nèi)部為松軟區(qū)，分布有零星裂隙，以松軟型破碎為主。

3 巷道變形原因分析

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)收集到的資料綜合分析，15105補(bǔ)進(jìn)風(fēng)巷變形的原因主要有：

（1）地應(yīng)力大。該處巷道埋深在700～826m之間，屬深部礦井，埋深大，地應(yīng)力隨之也增大；

（2）采動(dòng)影響劇烈。15105補(bǔ)進(jìn)風(fēng)巷距15103回風(fēng)巷之間的煤柱為40m左右，巷道在掘進(jìn)時(shí)，上區(qū)段工作面正在回采，形成對(duì)穿，采動(dòng)影響劇烈；

（3）圍巖弱。巷道直接頂灰?guī)r結(jié)構(gòu)性差，并含有方解石礦脈，進(jìn)一步降低了頂板巖石的強(qiáng)度，兩幫煤體和底板軟弱，尤其是巷幫上部有1m多厚的煤體極其松軟，在巷道掘進(jìn)時(shí)極易片幫超寬；

（4）原有支護(hù)強(qiáng)度低，支護(hù)構(gòu)件不匹配。巷道正掘段頂板錨桿為全螺紋錨桿，巷幫采用的圓鋼錨桿，支護(hù)強(qiáng)度低，正掘段錨桿錨索布置在同條鋼帶上，高預(yù)緊力的錨索使錨桿失去支護(hù)作用，而單純靠錨索也無(wú)法對(duì)頂板進(jìn)行有效支護(hù)，支護(hù)構(gòu)件不匹配；

（5）施工工藝不符合錨桿支護(hù)技術(shù)理念。巷道在掘進(jìn)時(shí)掘2排支2排，甚至掘4排支4排，和錨桿支護(hù)的核心理念及時(shí)主動(dòng)嚴(yán)重相違背，喪失了控制圍巖變形的絕佳時(shí)機(jī)。

4 綜合注漿加固方案及效果分析

巷道已經(jīng)發(fā)生了嚴(yán)重的變形，直接在巷道表面進(jìn)行錨桿錨索補(bǔ)強(qiáng)達(dá)不到理想的支護(hù)效果，必須要先恢復(fù)圍巖的完整性，再進(jìn)行錨桿錨索補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)。為此經(jīng)過(guò)綜合分析，決定首先對(duì)巷道兩幫進(jìn)行注漿加固。具體方案是：對(duì)巷幫圍巖進(jìn)行深淺孔注漿，淺孔注漿的鉆孔深度為3000mm，深孔注漿的鉆孔深度為8000mm，淺孔注漿布置方式如圖6所示，深孔注漿鉆孔布置方式同淺孔，鉆孔布置在兩排淺孔之間。淺孔注漿壓力為1～2MPa，深孔注漿壓力為4～6MPa，并且要注意施工的工藝和質(zhì)量。

巷道在進(jìn)行注漿加固后再采用高預(yù)應(yīng)力錨桿錨索支護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行加固支護(hù)。經(jīng)觀測(cè)，巷道兩幫變形量基本上控制在300mm左右，頂板下沉量控制在200mm左右。在本工作面超前段，巷道雖再次經(jīng)受強(qiáng)烈的超前壓力影響，但采用了加強(qiáng)支護(hù)后基本上能滿足工作面的正常使用。

5 結(jié)語(yǔ)

（1）深部礦井動(dòng)壓巷道采用簡(jiǎn)單的支護(hù)無(wú)法控制巷道圍巖的變形；

（2）巷道變形的主要原因是地應(yīng)力大，動(dòng)壓影響劇烈，圍巖強(qiáng)度低，結(jié)構(gòu)性差，支護(hù)強(qiáng)度低，支護(hù)構(gòu)件不匹配，支護(hù)不及時(shí)等；

（3）針對(duì)深部動(dòng)壓巷道的維護(hù)，在恢復(fù)巷道圍巖完整性的基礎(chǔ)上再進(jìn)行強(qiáng)力支護(hù)完全能將巷道的變形控制要求的范圍之內(nèi)。

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