云岡煤礦近距離煤層下部煤巷掘進(jìn)支護(hù)優(yōu)化研究

謝志江

（大同煤礦集團(tuán)掘進(jìn)辦公室，山西 大同 037000）

以同煤集團(tuán)云岡礦近距離煤層下部掘進(jìn)煤巷為研究背景，該巷道在上覆近距離采空區(qū)影響下，出現(xiàn)煤幫變形破碎，甚至整塊脫落，頂板整體下沉、局部錨桿錨索脫落等現(xiàn)象，巷道整體性及穩(wěn)定性均下降明顯。通過現(xiàn)場實測、動態(tài)監(jiān)測及鉆孔窺視等方法，分析了5409巷掘出后呈現(xiàn)的圍巖變形特征，提出了高強(qiáng)支護(hù)和滯后錨索注漿加固的措施。

1 工程概況

同煤集團(tuán)云岡礦5409巷位于12#層404盤區(qū)，工作面標(biāo)高940～990m，地面標(biāo)高1176～1251m，北部為2411巷，西部為12-2#層404皮帶巷、12#層404-2軌道巷、12#層504-2回風(fēng)巷三條盤區(qū)巷，東部鄰近十里河床保護(hù)煤柱，南部區(qū)域尚未開拓。本工作面上覆2#、3#、7#、8#層均存在采空區(qū)，其中上覆8#層?xùn)|部為8411采空區(qū)（2017年采完）。本工作面與上覆8#層間距約10.11m，與上覆7#層間距約41.24m，與上覆3#層間距約81.22m，與上覆2#層間距約110.57m。如圖1所示，12#層與上覆8#層間關(guān)系屬于近距離煤層，層間巖層性質(zhì)主要以粉砂巖、砂質(zhì)泥巖、泥巖為主。

圖1 近距離煤層示意圖

5409巷為12#層404盤區(qū)8409工作面軌道巷，該巷沿12#煤層頂板掘進(jìn)，設(shè)計長度1259.9m。本區(qū)域地勢東高西低，巷道由西向東掘進(jìn)，方位角90°，巷道設(shè)計斷面規(guī)格為寬×高=3.6m×2.8m。該區(qū)域煤層厚度在1.19～3.04m之間，平均約為2.15m，煤層傾角2°～24°，平均傾角13°。

5409軌道巷采用“錨桿、索、梁”聯(lián)合支護(hù)，如圖2所示。具體支護(hù)參數(shù)為：選用Ф18×1800mm的左旋無縱肋螺紋鋼錨桿支護(hù)頂幫，頂板錨桿間距900mm，排距1000mm，配合使用四孔鋼帶；煤幫錨桿間距900mm，每排3根，排距1500mm，鋪設(shè)菱形金屬網(wǎng)，規(guī)格為3700×2000mm，網(wǎng)與網(wǎng)間合理搭接，用14#鉛絲扭結(jié)呈“三花狀”綁扎牢固；選用Ф17.8×6000mm強(qiáng)力鋼絞線錨索配合長度為2800mm的11#工字鋼梁支護(hù)頂板，錨索間距1800mm，即每排2根，排距2000mm，預(yù)緊力不低于80kN，錨固力不低于270kN。

圖2 5409巷支護(hù)斷面圖

2 煤巷礦壓顯現(xiàn)特征

2.1 巷道破壞特征

5409材料巷所掘12#煤層與上覆8#煤層層間距僅為10.11m，該巷掘出后，巷道礦壓顯現(xiàn)明顯，圍巖變形、破壞明顯，巷道幫煤常見有破碎、脫落，頂板整體下沉明顯，局部嚴(yán)重處有部分頂板錨桿發(fā)生脫落，錨索發(fā)生拉斷的現(xiàn)象。如圖3所示。

2.2 巷道破壞監(jiān)測

5409材料巷圍巖變形監(jiān)測結(jié)果如圖4所示。在監(jiān)測20d內(nèi)，巷道頂?shù)装逡平亢蛢蓭褪諗苛烤式€性增長趨勢，在監(jiān)測20d后，頂?shù)装逡平窟_(dá)到159mm，兩幫移近量達(dá)到177mm，且監(jiān)測20d后均無下降或穩(wěn)定趨勢，預(yù)計將仍分別以7.95m/d、8.85m/d的速率持續(xù)增長較長時間。

圖4 巷道圍巖變形監(jiān)測曲線圖

2.3 巷道破壞原因

（1）上覆采空區(qū)影響。這是下部煤巷破壞的最主要因素，上覆8#煤層采空區(qū)直接導(dǎo)致5409回采巷道頂板完整性及穩(wěn)定性大幅降低，當(dāng)5409煤巷掘進(jìn)時必然受到上方垮落體由于其承載能力不足而帶來的危害。

（2）支護(hù)強(qiáng)度的影響。5409巷盡管采用了錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)的方式，但巷道由于其所處的位置特殊及地質(zhì)條件特殊，需采用更高強(qiáng)度的支護(hù)方式，而據(jù)巷道現(xiàn)有支護(hù)條件來看，錨桿索支護(hù)密度及金屬網(wǎng)支護(hù)范圍均較小。

（3）本煤層采動影響。5409巷作為未來回采工作面的回采巷道，當(dāng)回采工作面推進(jìn)時，該巷道將必然受到較大的采動影響。

3 煤巷圍巖控制技術(shù)

3.1 正常掘進(jìn)支護(hù)優(yōu)化

（1）頂板錨桿優(yōu)化。采用高強(qiáng)Ф22×2200mm螺紋錨桿配五孔鋼帶，每排布置5根，間排距800mm×1000mm，即以巷道中心線布置1根，其余4根分別沿中心錨桿對稱布置，靠幫側(cè)錨桿向外傾斜15°布置，其余錨桿均垂直頂板布置。

（2）頂板錨索優(yōu)化。采用“五花”布置，即“3-2-3”的方式布置頂板錨索，單排2根時間距900mm×2000mm，3根時間距1000mm×2000mm。

（3）金屬網(wǎng)優(yōu)化。采用頂幫全范圍鋪設(shè)金屬網(wǎng)的方式協(xié)同支護(hù)，幫與頂板處金屬網(wǎng)搭接長度大于300mm。

3.2 遇構(gòu)造掘進(jìn)支護(hù)優(yōu)化

如遇到斷層等構(gòu)造時，巷道圍巖將變得更加破碎，巷道整體穩(wěn)定性將受到直接影響。對此，在正常掘進(jìn)支護(hù)條件的基礎(chǔ)上，對巷道破碎圍巖，尤其是頂板，采用滯后注漿加固的手段來提升圍巖強(qiáng)度及穩(wěn)定性，滯后距離保證在距掘進(jìn)面30m范圍內(nèi)。注漿錨索裝置如圖5所示。

圖5 注漿錨索裝置示意圖

4 控制效果分析

5409巷道試驗段采用以上支護(hù)優(yōu)化措施后，為驗證優(yōu)化控制效果，在試驗段巷道設(shè)立監(jiān)測站，以分析巷道圍巖變形情況、支護(hù)體受力情況及圍巖裂隙發(fā)育情況等特征。選取代表性數(shù)據(jù)分析曲線如圖6所示。

圖6 試驗段巷道圍巖變形監(jiān)測曲線圖

由監(jiān)測結(jié)果得知，試驗段巷道頂?shù)装逑鄬ξ灰屏考皟蓭拖鄬κ諗苛烤诒O(jiān)測前期30d內(nèi)呈上升趨勢，在30d左右時均可達(dá)到穩(wěn)定。其中，頂?shù)装逑鄬ξ灰屏吭?0d后基本穩(wěn)定在50mm以內(nèi)，兩幫收斂量在30d后基本穩(wěn)定在70mm以內(nèi)，其最終變形量數(shù)值均較小，巷道保持穩(wěn)定。與監(jiān)測20d時的圍巖變形量對比，巷道頂?shù)装逡平枯^原先（159mm）降低了68.6%，兩幫收斂量較原先（177mm）降低了60.5%，巷道圍巖控制效果明顯改善。

選取5409巷頂板破碎處進(jìn)行注漿加固控制，對破碎帶頂板進(jìn)行打孔窺視觀測，以評價漿液擴(kuò)散效果和注漿控制效果，部分鉆孔窺視圖像如圖7所示?？梢?，0～2m以內(nèi)頂板完整性較好，有輕微破碎或小縫裂隙；2.5m處，頂板有多條橫向和縱向裂隙，但經(jīng)頂板注漿加固后，此處裂隙均得到有效抑制，漿液的擴(kuò)散性較好，限制了裂隙的深度發(fā)育；3.5m以上，頂板破壞程度較小，完整性較高，漿液擴(kuò)散效果明顯。同時，據(jù)漿液的擴(kuò)散效果分析得知，在距錨索索體中心600m平面范圍內(nèi)，均可見擴(kuò)散漿液，這再次說明注漿效果良好，漿液對圍巖的控制效果較佳。

圖7 注漿效果鉆孔窺視圖

5 結(jié)論

（1）導(dǎo)致5409巷圍巖破壞因素主要為上覆8#層采空區(qū)影響、支護(hù)強(qiáng)度不足、回采采動影響；

（2）針對5409巷變形破壞特征，實施了高強(qiáng)支護(hù)和注漿加固措施，加大了錨桿、錨索布置密度，并在巷道遇構(gòu)造特殊破碎時采取了錨索滯后注漿的加固方式；

（3）經(jīng)現(xiàn)場動態(tài)監(jiān)測，優(yōu)化支護(hù)后，巷道于掘出30d后頂?shù)装寮皟蓭突究杀３址€(wěn)定，其中，頂?shù)装逑鄬κ諗苛炕痉€(wěn)定在50mm內(nèi)，兩幫相對收斂量基本穩(wěn)定在70mm內(nèi)，變形數(shù)值均較小。