賽爾礦區(qū)松散泥巖巷道支護技術(shù)研究

韓朝海，王中亮，左紅兵

(1.河南煤礦安全監(jiān)察局鄭州監(jiān)察分局，河南 鄭州 450016；2.煤炭工業(yè)濟南設(shè)計研究院有限公司，山東 濟南 250031)

賽爾礦區(qū)松散泥巖巷道支護技術(shù)研究

韓朝海1，王中亮2，左紅兵2

(1.河南煤礦安全監(jiān)察局鄭州監(jiān)察分局，河南 鄭州 450016；2.煤炭工業(yè)濟南設(shè)計研究院有限公司，山東 濟南 250031)

針對賽爾三礦巷道圍巖松散、水化風(fēng)化影響嚴(yán)重的問題，分析了巷道原支護方案存在的問題及影響巷道圍巖穩(wěn)定的主要因素，運用理論分析和數(shù)值模擬等手段優(yōu)化了巷道支護參數(shù)，設(shè)計了不同圍巖條件下的巷道支護方案?，F(xiàn)場監(jiān)測表明，采用優(yōu)化的支護方案后，巷道表面位移大幅下降，巷道圍巖穩(wěn)定性有了明顯提高，巷道支護效果良好。

松散泥巖；風(fēng)化；水化；支護設(shè)計

松散圍巖巷道支護一直是煤礦巷道支護研究的難點問題。當(dāng)煤層頂板巖層水化、風(fēng)化嚴(yán)重時，圍巖裂隙發(fā)育加快，強度衰減也就越快；且由于圍巖結(jié)構(gòu)松散、膠結(jié)程度差，自穩(wěn)能力差，巷道易發(fā)生片幫冒頂?shù)葐栴}，巷道支護難度大。筆者以賽爾公司和什托洛蓋礦區(qū)三礦A4008運輸順槽為工程背景，分析了原有巷道支護方案存在的問題，采用理論計算和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，優(yōu)化了巷道支護參數(shù)，設(shè)計了巷道支護方案。針對煤巷厚松散泥巖、水化風(fēng)化等影響因素，提出了相應(yīng)的技術(shù)措施，解決了三礦松散泥巖巷道支護困難的問題。

1 工程地質(zhì)概況

A4008運輸順槽位于A4煤層，如表1所示。煤層厚度為1.41～4.09m，平均2.67m，該煤層為全區(qū)可采的較穩(wěn)定中厚煤層。煤層頂板為易冒落的頂板（II類）。煤層上方巖層為灰色細砂巖，厚度1.16～4.58m，平均2.87m；再上一層為灰色砂質(zhì)泥巖，厚度1.35～3.05m，平均2.24m。煤層底板為灰～深灰色砂泥巖，厚度0.95～15.26m，平均5.72m。深灰色泥巖，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，局部含砂，細膩、遇水變軟。

表1 三礦A4煤層頂?shù)装鍘r石物理力學(xué)參數(shù)表

2 巷道支護現(xiàn)狀及存在的問題

2.1 影響巷道圍巖穩(wěn)定的主要因素

試驗巷道的圍巖穩(wěn)定性主要受以下幾方面因素的影響：

（1）巷道圍巖強度。巷道頂?shù)装鍘r石屬于塑性圍巖，其松軟破碎、易風(fēng)化，圍巖強度低、承載能力小，巷道自穩(wěn)能力較差。

（2）地質(zhì)構(gòu)造應(yīng)力。地質(zhì)構(gòu)造越發(fā)育，圍巖完整性就越差，其穩(wěn)定性越差。當(dāng)巷道掘進時需穿過斷層時，開掘時巷道變形量較大，巷道難以維護。圍巖卸壓后，巷道會保持相對穩(wěn)定狀態(tài)。但是，一旦支護體發(fā)生破壞，巷道變形難以控制，且容易發(fā)生冒頂事故。

（3）頂板淋水。水對巖石具有軟化和泥化的作用，對于軟巖的影響更大。頂板淋水使軟巖發(fā)生崩解和膨脹、強度下降，極大地影響巷道圍巖穩(wěn)定性。同時，頂板淋水會使錨桿和錨索發(fā)生銹蝕，降低錨桿（索）的承載能力，可能導(dǎo)致圍巖錨固體失效，給巷道支護帶來不良影響。

（4）風(fēng)化作用。由于風(fēng)化軟弱頂板層間的粘結(jié)力低、弱面發(fā)育，圍巖結(jié)構(gòu)疏松，膠結(jié)程度差，自穩(wěn)性能與承載能力差，易發(fā)生頂板離層，進而發(fā)生冒頂事故。同時，構(gòu)造應(yīng)力的存在使圍巖裂隙發(fā)育，進而使圍巖風(fēng)化加劇，使作用在支護結(jié)構(gòu)上的松散壓力和變形壓力變大，從而擴大了圍巖塑性區(qū)范圍，使圍巖產(chǎn)生泥化和流變現(xiàn)象。

2.2 巷道支護現(xiàn)狀

A4008運輸順槽布置在東翼采區(qū)A4煤層+812m水平。巷道寬度×高度=4.0m×3.0m，巷道原支護采用“鋼筋錨桿+鐵托板+金屬網(wǎng)+鋼帶”聯(lián)合支護方式。具體支護參數(shù)如下：錨桿直徑φ18mm、長度1800mm，間排距900× 1000mm；鐵托板規(guī)格：120×120×4mm；鋼帶規(guī)格：長×寬=3500×100mm；金屬網(wǎng)規(guī)格：長×寬=4200×1200mm、金屬網(wǎng)片壓茬為100～120mm。原巷道支護布置圖如圖1所示。

圖1 原巷道支護布置圖

應(yīng)用上述支護方案時，巷道掘進過程中發(fā)生多次冒頂事故，冒落處圍巖裂隙發(fā)育，局部有淋水現(xiàn)象。A4008工作面運輸順槽的頂板為砂質(zhì)泥巖及煤層組成的復(fù)合頂板，圍巖破碎，層間內(nèi)聚力弱，極易產(chǎn)生離層和裂隙，在其自重及上覆巖層作用下，頂板沿“弱面”切斷，導(dǎo)致冒頂發(fā)生。煤層頂板巖層受水環(huán)境和風(fēng)化損傷的共同影響，裂隙發(fā)育、巖體強度衰減速度快，且結(jié)構(gòu)疏松，膠結(jié)程度差，自穩(wěn)能力與承載能力均較差。復(fù)合頂板的平均厚度大于錨桿長度，錨桿大部分錨固在軟弱巖層中。頂板裂隙水使頂板巖層膠結(jié)度弱化，造成錨固效果衰減，形不成良好的承載結(jié)構(gòu)。對于實體煤巷，當(dāng)頂板有淋水時，錨桿所形成的承載結(jié)構(gòu)在水的侵蝕和水解作用下，整體膨脹、擴容變形，抵抗外力能力大大下降，甚至完全失去強度垮落。

3 巷道支護參數(shù)設(shè)計優(yōu)化

針對A4008運輸順槽圍巖水化、風(fēng)化影響嚴(yán)重的問題，結(jié)合礦區(qū)生產(chǎn)狀況及地應(yīng)力、圍巖強度、圍巖結(jié)構(gòu)的測試結(jié)果，綜合運用理論分析和數(shù)值模擬等手段，優(yōu)化了巷道支護參數(shù)，設(shè)計了不同巷道圍巖條件下具體的巷道支護方案。

3.1 普通段巷道支護參數(shù)。

在圍巖地質(zhì)條件較好的地段，巷道采用“錨桿+錨索+金屬網(wǎng)+鋼帶”的聯(lián)合支護方式。

（1）巷道頂板。①錨桿參數(shù)：錨桿選擇為Φ20mm× 2000mm高預(yù)應(yīng)力讓壓錨桿，桿體為CRM500號鋼。錨桿間排距900mm×1000mm，每排5根。頂角錨桿傾角為15°，其余垂直頂板施工。錨桿預(yù)緊扭矩450N·m，錨桿錨固力為190kN，采用1支Z2360樹脂藥卷加長錨固。配件規(guī)格：W鋼帶長×寬×厚為3800mm×280mm×4mm，金屬網(wǎng)片 4200mm×1200mm。②錨索參數(shù)：錨索選用Φ22mm×6300mm，1×19股高強度低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線。錨索間排距2000mm×2000mm，采用“2-0-2”矩形布置方式，每排2根錨索，垂直頂板施工。錨索初始預(yù)應(yīng)力300 kN，損失后應(yīng)大于250 kN。采用2支MSCK2335和1支MSZ2360樹脂藥卷加長錨固。

（2）巷道幫部。錨桿選擇為Φ20mm×2000mm高預(yù)應(yīng)力讓壓錨桿，桿體為CRM500號鋼。錨桿間排距900mm× 1000mm，每排3根。最上一根錨桿傾角為15°，其余垂直巷幫施工。錨桿錨固力為190kN，采用1支MSZ2360樹脂藥卷加長錨固。配件規(guī)格：W鋼帶長×寬×厚為2600mm ×280mm×4mm，金屬網(wǎng)片3000mm×1200mm。

3.2 復(fù)雜條件下巷道加強支護

當(dāng)巷道掘進過程中遇到厚松散泥巖段、斷層等構(gòu)造復(fù)雜地段時，為保證巷道支護效果和安全程度，采取“錨網(wǎng)索+工字鋼棚”聯(lián)合支護的方式；淋水嚴(yán)重段采用注漿密封加固，保證此復(fù)雜條件下巷道錨梁網(wǎng)支護質(zhì)量，避免錨桿失效造成頂板事故。具體支護參數(shù)如下：

（1）架工字鋼棚。錨網(wǎng)索施工后，緊跟掘進迎頭架設(shè)工字鋼棚。由于巷道寬度較大，特在工字鋼棚的棚腿與頂梁間設(shè)置“頂梁支撐桿”，以提高工字鋼棚的整體支撐強度和穩(wěn)定性能?！绊斄褐螚U”與鋼棚的棚腿、頂梁采用焊接或者螺栓連接的方式。相鄰兩工字鋼棚的間距為1000mm，與錨桿間距為250mm。相鄰鋼棚設(shè)置“鋼筋拉桿”，每架鋼棚設(shè)置4根鋼筋拉桿，頂梁2根，兩幫棚腿各設(shè)1根。斷層等構(gòu)造、淋水地段巷道支護布置如圖2所示。

圖2 優(yōu)化后的巷道支護布置圖

（2）注漿。巷道掘進至頂板破碎、淋水嚴(yán)重巷道段時，需要采用馬麗散進行超前注漿。超前注漿的參數(shù)如下：鉆孔自破碎帶或淋水嚴(yán)重區(qū)域后方2.5m處開始，注漿漿液為馬麗散，每個鉆孔注漿范圍為孔底800mm長度，注漿鉆孔擴散半徑按1500mm設(shè)計，注漿壓力1～5MPa。巷道頂板施工鉆孔2個，鉆孔深度為3.0m，傾角30°；鉆孔間距2000mm，排距900mm。巷道幫部施工鉆孔1個，鉆孔深度為3.0m，傾角30°，鉆孔排距900mm；鉆孔位于巷道幫部中間，距底板1500mm。當(dāng)掘進時巷道幫比較完整，可以只進行頂板超前預(yù)注漿工作。注漿鉆孔布置圖如圖3所示。

圖3 馬麗散注漿設(shè)計參數(shù)圖

4 巷道支護效果分析

對試驗巷道進行了60天的表面位移監(jiān)測，巷道圍巖位移隨時間變化關(guān)系曲線如圖4所示。經(jīng)現(xiàn)場觀測，巷道頂?shù)装遄畲笠平颗c兩幫最大移近量分別為0.23m與0.25m，巷道圍巖變形量較小，圍巖穩(wěn)定性好，巷道支護效果顯著。

圖4 巷道圍巖位移觀測曲線

5 結(jié)語

（1）分析了賽爾公司三礦原有支護方式及其存在的問題，研究了影響試驗巷道圍巖穩(wěn)定性的主要因素。

（2）針對試驗巷道圍巖松散、水化風(fēng)化影響嚴(yán)重的問題，運用理論分析和數(shù)值模擬等手段，優(yōu)化了巷道支護參數(shù)，設(shè)計了不同巷道圍巖條件下具體的巷道支護方案。

（3）巷道表面位移監(jiān)測表明，巷道變形量小，巷道圍巖保持穩(wěn)定，取得了良好的應(yīng)用效果。

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Study on Supporting Technology of Loose M udstone Roadway in Saier Coal M ines

HAN Chao-hai1，WANG Zhong-liang2，ZUO Gong-bing2
（1.Administration of Coal mine Safety Supervision Bureau of Henan，Zhengzhou，Henan 450016，China；2.The Coal industry Design and Research Institute co.，LTD.，Jinan，Shandong 250031，China）

Thisarticleanalyzes the problemsof the original roadway supporting techniquesand themain affecting factorsof the roadway stability according to the loose，severe hydrating and weathering wall rocks of No.3 coalmine of Saier company，optimizes roadway supporting parameters by using theoreticalanalysis and numerical simulation，and designs roadway support techniques under different wall rock conditions.The site monitoring shows that the surface displacement of roadway had a significantdecline，the rock stability had been significantly improved afteradopting theoptimizing supporting techniques.

loosemudstone；weathering；hydrating；supporting design

TD353

A

2095-980X(2016)08-0148-03

2016-07-16

韓朝海（1980-），男，安徽阜陽人，碩士，工程師，主要研究方向：礦業(yè)工程。