4316 工作面復(fù)用巷道支護技術(shù)研究

孟小朋

（山西晉城無煙煤礦業(yè)集團有限責(zé)任公司成莊礦，山西 晉城 048021）

我國煤礦主要為井工開采，巷道的圍巖穩(wěn)定[1-2]是保證礦井安全開采的重要保證。由于煤礦地質(zhì)條件復(fù)雜、構(gòu)造發(fā)育，加之強烈采動影響，增大了巷道的圍巖控制難度，復(fù)雜地質(zhì)條件的巷道支護技術(shù)也是廣大工程技術(shù)人員的重點攻關(guān)方向[3-4]。本文以成莊礦43162 巷為背景，結(jié)合生產(chǎn)實踐經(jīng)驗，分析了厚煤層復(fù)雜地質(zhì)條件復(fù)用巷道支護技術(shù)，可為同類礦井提供借鑒。

1 工程概況

成莊礦4316 工作面為大采高工作面，開采3號煤層，煤層平均厚5.7 m，煤層傾角在2°～12°之間，平均為6°。煤層直接頂和基本頂均為砂質(zhì)泥巖，局部夾薄層細砂巖，致密完整，厚度22.53 m，普氏硬度f=2.1，屬中等不穩(wěn)定頂板；煤層直接底為細砂巖，厚1.9 m，含泥質(zhì)較高；基本底為砂質(zhì)泥巖，厚2.8 m。4316 工作面在四盤區(qū)盤區(qū)大巷以北，4312 工作面以西，5305 和5307 工作面以南，工作面布置如圖1。43162 巷位于43163 和43164 巷之間，與兩巷之間的煤柱凈寬均為45 m。43162 巷為4316 工作面回風(fēng)巷，為復(fù)用巷道，在4316 工作面回采完畢后還需要為下個工作面服務(wù)。巷道沿煤層頂板掘進，為矩形斷面，掘?qū)?.0 m，掘高4 m，長2 194.871 m。根據(jù)三維地震勘探資料顯示，43162巷在掘進過程中會揭露KDX112 陷落柱和KDF60正斷層。

圖1 工作面布置圖

2 巷道支護方案

根據(jù)以往工作面回采經(jīng)驗，工作面回采時，受工作面動壓影響，頂板砂質(zhì)泥巖會產(chǎn)生裂隙，頂板上部細砂巖含水會沿著頂板裂隙下滲至工作面，從而造成頂板淋水產(chǎn)生，弱化巷道頂板，并腐蝕錨桿索支護系統(tǒng)，導(dǎo)致巷道支護強度降低，圍巖變形增大。43162 巷直接頂和基本頂均為砂質(zhì)泥巖，穩(wěn)定性低，且該巷道為復(fù)用巷道，需經(jīng)歷兩次動壓影響，服務(wù)時間長，解決采動壓力和砂巖水對巷道頂板安全的影響，對保證礦井安全生產(chǎn)具有重要意義。

為了保證43162 巷在服務(wù)期間的圍巖穩(wěn)定和頂板安全，在提高巷道錨桿索支護強度的同時，還需重點解決因巷道頂板淋水腐蝕支護系統(tǒng)，造成巷道支護效果差的問題。需從提高巷道支護強度，封堵圍巖裂隙控制巷道頂板淋水的角度出發(fā)，解決巷道支護的問題。

2.1 掘進期間錨桿索支護

針對上述問題，在巷道掘進后首先應(yīng)采用高強錨桿對巷道進行加強支護（如圖2），參數(shù)如下。

（1）頂板支護

頂板錨桿采用500 號鋼材的高強度左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，直徑22 mm，長2400 mm，每排5 根錨桿，間距為1050 mm，排距為1000 mm，兩邊錨桿距巷幫各400 mm，垂直頂板打設(shè)；錨桿采用一支MSK2335 和一支MSZ2360 錨固劑的加長錨固，錨固力為150 kN，預(yù)緊力矩為400 N·m；采用W鋼帶連接，規(guī)格為BHW-280-4-4500；采用10 號鐵絲編制的規(guī)格為5500 mm×1200 mm 金屬菱形網(wǎng)護表，網(wǎng)孔50 mm×50 mm。頂板錨索為高強度低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線，規(guī)格為SKP22-1/1720×7400；采用“2-0-2”形式布置，錨索間距為2000 mm，距巷幫均為1500 mm，垂直頂板打設(shè)；采用一支MSK2335 和兩支MSZ2360 錨固劑錨固，預(yù)緊力為250 kN。

（2）巷幫支護

巷幫同樣采用500 號鋼材的高強度左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，直徑22 mm，長2400 mm，每排4 根錨桿，間距和排距均為1000 mm，上部一根距頂板500 mm，下部一根距底板500 mm，均垂直巷幫打設(shè)；錨固方式、錨固力和預(yù)緊力距均和頂板保持一致；采用規(guī)格為4000 mm×1200 mm 金屬菱形網(wǎng)護表，網(wǎng)孔50 mm×50 mm。

圖2 錨桿索支護圖

2.2 回采期間錨索補強支護

由于43162 巷為二次復(fù)用巷道，需經(jīng)歷兩次動壓影響，因此為保證巷道穩(wěn)定，在首個工作面回采前需采用錨索對巷道頂板進行補強。具體為超前工作面不少于300 m，采用同規(guī)格SKP22-1/1720×7400 錨索對頂板補強，補強錨索布置形式為“3-0-3”，與原頂板錨索間隔布置。補強后頂板錨索呈“3-2-3”，補強錨索間距為1500 m，兩邊兩根錨索均距巷道1000 mm，錨索錨固方式及預(yù)緊力均與原頂板錨索支護保持一致。

2.3 巷道圍巖裂隙封堵

根據(jù)成莊礦以往生產(chǎn)經(jīng)驗，回采巷道經(jīng)歷采動影響后圍巖裂隙發(fā)育，特別是在構(gòu)造區(qū)域極易引起頂板淋水，因此需對構(gòu)造影響區(qū)巷道圍巖裂隙進行封堵。結(jié)合工作面采動應(yīng)力分布特征，為提高巷道圍巖裂隙封堵效果，采用兩次注漿的方式，對巷道圍巖裂隙進行注漿封堵，同時可提高巷道圍巖強度。

（1）超前一次封堵

根據(jù)工作面采動超前支承壓力分布特點，其前方存在應(yīng)力降低區(qū)和應(yīng)力升高區(qū)。結(jié)合巖石應(yīng)力應(yīng)變曲線可知，受工作面采動影響，工作面前方煤巖體由原巖應(yīng)力狀態(tài)逐步進入超前應(yīng)力升高區(qū)，煤巖體裂隙逐步擴展增加，此時煤巖體處于塑性狀態(tài)，并未破壞，仍具有較高的承載能力，此時對巷道圍巖體進行注漿封堵，不僅能夠封堵圍巖裂隙，防止頂板砂巖水的滲入，而且有助于提高圍巖的承載能力，從而提高巷道的穩(wěn)定性。因此在巷道工作面前方施工注漿鉆孔，并在距工作面20～40 m 時進行注漿封堵施工。

鉆孔布置參數(shù)：在巷道兩幫布置注漿封堵鉆孔，分上下兩排，采用“三花”布置，上排鉆孔距頂板1000 mm，下排鉆孔距頂板2500mm；每排之間鉆孔間距為3000 mm，交錯布置；鉆孔深度為8 m，水平垂直巷幫施工。由于地質(zhì)構(gòu)造影響，巷道頂板極易出現(xiàn)淋水，在巷幫注漿封堵的基礎(chǔ)上，還需對巷道頂板進行注漿封堵。巷道頂板鉆孔為每排兩個，間距2500 mm，排距3000 mm；兩個鉆孔各距巷幫1250 mm；鉆孔沿巷道軸向布置，傾向工作面后方，仰角不小于75°；鉆孔深度為8 m。具體如圖3。

圖3 一次注漿加固鉆孔布置圖

（2）滯后二次加固

工作面回采過后，上覆頂板仍要經(jīng)歷劇烈的運動，對工作面后方巷道產(chǎn)生很大的影響，圍巖會出現(xiàn)二次破壞。因此需在工作面后方對巷道圍巖進行二次注漿加固，強化圍巖的承載能力。加固僅在巷道兩幫布置注漿加固鉆孔，鉆孔布置參數(shù)同一次注漿封堵，同樣呈“三花”布置，分上下兩排，與一次注漿封堵鉆孔交錯布置，共同呈現(xiàn)矩形布置形式。二次注漿加固鉆孔布置圖如圖4。

圖4 二次注漿加固鉆孔布置圖

3 應(yīng)用效果

43162 巷在整個服務(wù)期間持續(xù)進行了巷道圍巖變形觀測，正常區(qū)域巷道圍巖變形量不大。在構(gòu)造影響區(qū)巷道經(jīng)頂板錨索補強和圍巖注漿后，一次采動壓力影響期間巷道整體變形量可控，頂板最大下沉量小于260 mm，兩幫最大移近量小于380 mm；二次采動壓力影響期間，巷道超前支護段兩幫移近量較大，但未超過470 mm，能夠滿足巷道安全使用。經(jīng)注漿后，巷道圍巖裂隙得到有效封堵，在整個巷道服務(wù)期間，構(gòu)造區(qū)巷道頂板淋水較小，僅出現(xiàn)間歇性滴水現(xiàn)象?？梢姴捎庙敯寮訌娭ёo和二次注漿封堵加固后，巷道圍巖裂隙得到充填，圍巖整體性提高，巷道圍巖變形得到有效控制，保證了復(fù)用巷道的安全使用。

4 結(jié)論

（1）回采巷道在工作面采動應(yīng)力影響下，巷道裂隙擴張，特別是在構(gòu)造影響區(qū)，極易導(dǎo)致頂板裂隙水和砂巖水滲入巷道，不僅弱化頂板，而且會腐蝕巷道支護系統(tǒng)，導(dǎo)致巷道支護強度降低，圍巖變形增大，使得巷道圍巖支護難度劇增，是造成復(fù)用巷道失穩(wěn)的主要因素。

（2）43162 巷采用頂板錨索補強、超前一次注漿封堵和滯后二次注漿加固的巷道支護技術(shù)后，構(gòu)造影響區(qū)巷道圍巖變形量得到有效控制，頂板淋水得到有效改善，保證了巷道服務(wù)期間的安全使用。