1035工作面風(fēng)巷沿空掘巷圍巖控制技術(shù)

黃 勝

（淮北礦業(yè)股份有限公司袁店一井煤礦,安徽 淮北 23500）

1 工程概況

1035 工作面南靠1037工作面（未回采），北與1033工作面（已回采）相鄰，西至aF12斷層，東接103采區(qū)大巷。工作面地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，地層為單斜構(gòu)造，地層走向NWW，傾向NEE，傾角4°～8°。根據(jù)三維地震資料顯示，掘進(jìn)施工中受3條斷層影響，aF14 ∠68～70°，H=15～30m斷層；NF114 ∠50～60° ，H=0～5m斷層；aF12∠50～60°，H=0～7m，斷層落差較大，派生小斷層發(fā)育，對(duì)生產(chǎn)影響較大。

頂板砂巖裂隙水是工作面直接充水水源，主要通過(guò)斷層或裂隙以滴水、淋水的形式向工作面排泄，由于砂巖富水性相對(duì)較弱，不會(huì)給正常的施工帶來(lái)水害威脅。

1035 風(fēng)巷走向長(zhǎng)度810m，埋深-625.4～-739.8m，煤層傾角4～8°，平均傾角6°。煤層平均厚度4.1m，煤層結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單,賦存較穩(wěn)定，煤層頂、底板以砂質(zhì)泥巖為主。1035風(fēng)巷采用綜掘施工工藝，后路采用皮帶運(yùn)輸及單軌吊輔助運(yùn)輸系統(tǒng)。煤巖層地質(zhì)柱狀圖如圖1所示。

圖1 煤巖層地質(zhì)柱狀圖

2 沿空掘巷窄煤柱合理寬度確定

如圖2所示，煤柱寬度在2.5m以下情況下，煤柱呈完全破壞狀態(tài)；煤柱寬度在3～5m范圍變化區(qū)間內(nèi)，煤柱仍呈整體塑性狀態(tài)，失穩(wěn)范圍隨煤柱寬度增加而增加，此時(shí)通過(guò)合理支護(hù)手段維護(hù)煤柱穩(wěn)定，可以獲得良好支護(hù)效果；煤柱寬度在5m以上時(shí)，剪滑區(qū)域仍貫穿煤柱整體；煤柱寬度達(dá)8m時(shí)，受高支承壓力影響，煤柱剪塑性區(qū)范圍增大。通過(guò)以上綜合分析，最終確定將1035風(fēng)巷窄煤柱寬度設(shè)計(jì)為5m。

圖2 不同寬度小煤柱巷道圍巖塑性區(qū)分布

3 1035風(fēng)巷支護(hù)方案及參數(shù)

3.1 支護(hù)方案及支護(hù)參數(shù)

由于1035風(fēng)巷留窄煤柱沿空掘進(jìn)，提出采用錨帶網(wǎng)+錨索+噴漿聯(lián)合支護(hù)方案。

（1）支護(hù)斷面。矩形斷面，凈寬×凈高=5000×3400mm。

（2）頂板支護(hù)。巷道頂板采用左旋無(wú)縱筋螺紋鋼錨桿+M型鋼帶+10#鍍鋅菱形鐵絲網(wǎng)+錨索梁聯(lián)合支護(hù)，錨桿規(guī)格為Φ22×2600mm，每根錨桿使用兩節(jié)Z2550型中速樹(shù)脂藥卷錨固；錨桿間距900mm，排距800mm；巷道頂部M型鋼帶的規(guī)格為4800×180×4mm，M托盤(pán)規(guī)格為150×150×10mm，巷道頂部采用10#鐵絲網(wǎng)；當(dāng)頂板破碎時(shí)，錨桿排距縮小到700mm。

頂板錨索采用“2-0-2”形式，錨索規(guī)格為Ф17.8×6300mm，間排距1500mm×1700mm，托盤(pán)規(guī)格：300mm×300mm×14mm；頂板破碎時(shí)，錨索布置方式改為“212” 形式；每根錨索使用一節(jié)K2550和兩節(jié)Z2550樹(shù)脂藥卷，預(yù)緊力120kN。

（3）幫部支護(hù)。煤壁側(cè)巷幫采用錨桿+M型鋼帶+1×50m礦用高強(qiáng)護(hù)幫塑網(wǎng)支護(hù)，網(wǎng)片壓茬100mm，每隔200mm用12#鐵絲雙股綁扎牢固；沿空側(cè)巷幫采用錨桿+M型鋼帶+Φ6冷拔鋼筋網(wǎng)+塑網(wǎng)支護(hù)，鋼筋網(wǎng)網(wǎng)格間距150×150mm，彎鉤連接，逢鉤必掛；錨桿規(guī)格為Φ22×2600mm，間距900mm，排距800mm；幫部?jī)杉绺C與最下部錨桿與幫部法線(xiàn)夾角為15°。

（4）噴漿。為防止采空區(qū)瓦斯沿煤柱外滲，對(duì)沿空側(cè)巷幫及靠近巷幫頂板進(jìn)行噴漿封閉，噴厚100mm，砼強(qiáng)度C20。

3.2 支護(hù)狀況分析

由于1035風(fēng)巷斷面較大，施工現(xiàn)場(chǎng)沿空側(cè)巷幫煤體松軟、片落，幫部的支護(hù)強(qiáng)度不夠、承載力降低，造成幫部向巷道內(nèi)擠入，底鼓及頂板下沉明顯，圍巖控制難度大，給安全生產(chǎn)造成巨大威脅。

提高窄煤柱的穩(wěn)定性是控制沿空巷道圍巖的關(guān)鍵，要保持窄煤柱穩(wěn)定就必須提高煤柱的承載能力。

3.3 支護(hù)方案及支護(hù)參數(shù)的調(diào)整

為提高窄煤柱穩(wěn)定性及承載能力，控制圍巖變形，有效減少巷道變形量，提高巷道圍巖穩(wěn)定性，及時(shí)對(duì)支護(hù)方案及支護(hù)參數(shù)進(jìn)行了調(diào)整。

在原有支護(hù)方案的基礎(chǔ)上增加了錨索梁支護(hù)及窄煤柱注漿加固措施。沿空側(cè)巷道頂板距左幫600mm位置布置一排錨索梁補(bǔ)強(qiáng)加固，采用廢舊U29型鋼加工梁及托盤(pán)，梁長(zhǎng)1800mm，眼距1600mm，托盤(pán)長(zhǎng)200mm，錨索梁滯后迎頭不超過(guò)10m。

沿空側(cè)巷幫噴漿后采用中空螺紋注漿錨桿對(duì)巷幫注水泥漿。注漿錨桿選用Φ25mm鋼管加工，注漿錨桿長(zhǎng)2500mm；桿體上順序鉆有Φ6mm注漿孔，間排距1600mm；采用快干水泥封孔，注漿壓力1.5MPa，穩(wěn)壓時(shí)間3～5min。注漿水泥采用P.O42.5普通硅酸鹽水泥，注漿錨桿采取“2121”布置，注漿滯后迎頭不大于30m。沿空段支護(hù)斷面圖如圖3所示，沿空小煤柱注漿錨桿布置圖如圖4所示。

圖3 沿空段支護(hù)斷面圖

圖4 沿空小煤柱注漿錨桿布置圖

4 巷道礦壓觀測(cè)及效果分析

隨巷道掘進(jìn)每隔50m距離設(shè)置一組礦壓觀測(cè)點(diǎn)，對(duì)1035風(fēng)巷進(jìn)行表面位移觀測(cè)。觀測(cè)結(jié)果顯示，改進(jìn)后的支護(hù)方案效果比較明顯。支護(hù)方案調(diào)整后，窄煤柱承載力得到有效加強(qiáng)，煤柱管理難度明顯降低，基本杜絕了片落現(xiàn)象的發(fā)生，巷道圍巖位移量明顯減小，巷道變形得到了有效控制，如圖5、圖6所示。

5 結(jié)語(yǔ)

合理確定沿空掘巷窄煤柱寬度并采取針對(duì)性改進(jìn)支護(hù)方案，加強(qiáng)窄煤柱支護(hù)、承載能力，有效控制巷道變形，實(shí)現(xiàn)了大斷面沿空掘巷的整體穩(wěn)定，保證了施工進(jìn)度與施工安全，取得了良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。

圖5 巷道礦壓觀測(cè)點(diǎn)1表面位移量

圖6 巷道礦壓觀測(cè)點(diǎn)2表面位移量