12105 膠運(yùn)順槽掘進(jìn)工作面支護(hù)優(yōu)化

劉自強(qiáng)

（陜西省神木市孫家岔鎮(zhèn)德泉礦業(yè)有限公司，陜西 神木 719314）

德泉煤礦12105 膠運(yùn)順槽頂?shù)装寰鶠槟鄮r，掘進(jìn)過程中涌水量較大，軟巖層對(duì)巷道的安全穩(wěn)定性控制帶來了較大困難，兩幫的原生節(jié)理裂隙發(fā)育，致使巷道煤壁片幫現(xiàn)象嚴(yán)重，不僅造成巷道斷面難以達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，更給巷道的失穩(wěn)垮冒等嚴(yán)重災(zāi)害事故埋下了安全隱患[1]。因此，需要對(duì)巷道圍巖活動(dòng)規(guī)律進(jìn)行全方位的跟蹤監(jiān)測(cè)，掌握巷道變形破壞特征及其原因，優(yōu)化現(xiàn)有的支護(hù)方案[2]，在滿足安全生產(chǎn)建設(shè)要求的基礎(chǔ)上，降低巷道支護(hù)成本，為12105 膠運(yùn)順槽的長(zhǎng)時(shí)穩(wěn)定以及礦井安全高效生產(chǎn)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)[3-4]。

1 工程概況

12105 膠運(yùn)順槽沿2-2上煤底板掘進(jìn)。2-2上煤層平均厚度為2.25 m，煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不含夾矸。煤層頂?shù)装逯饕阅鄮r為主，頂?shù)装鍘r性參數(shù)見表1。礦井范圍內(nèi)主要賦存新近系砂礫巖含水層、侏羅系裂隙孔隙含水層。侏羅系裂隙孔隙含水層富水性較強(qiáng)，給順槽掘進(jìn)過程中帶來了較大的困難。

表1 煤層頂?shù)装鍘r層特征表

12105 膠運(yùn)順槽為矩形斷面，巷道凈寬5.4 m，凈高2.9 m，斷面為15.66 m2。

頂板錨桿采用Ф20 mm×2200 mm 螺紋鋼錨桿，間排距800 mm×800 mm，錨索采用Ф15.24 mm×6500 mm 的鋼絞線，“二二”布置，間排距2200 mm×2400 mm。巷道頂部錨桿數(shù)量為6 根，肩窩錨桿與煤幫夾角為75°，其余垂直頂板。錨桿和錨索預(yù)緊力分別為40 kN 和100 kN。頂錨桿使用一支MSK2360 錨固劑，錨索使用2 支MSK2360 錨固劑。頂網(wǎng)采用Ф5 mm 的金屬網(wǎng)，搭接100 mm，網(wǎng)格100 mm×100 mm，捆綁采用14#鐵絲。幫錨桿右?guī)筒捎莽?0 mm×2200 mm 的螺紋鋼錨桿，左幫采用Ф20 mm×2000 mm 的樹脂錨桿。左、右?guī)湾^桿間排距均為1000 mm×800 mm，左、右?guī)筒績(jī)杉绺C錨桿與幫部夾角為15°，每根錨桿使用一支2360 錨固劑。右?guī)褪褂莽? mm 的金屬網(wǎng)，網(wǎng)格100 mm×100 mm，捆綁使用14#鐵絲。左幫使用樹脂網(wǎng)片，網(wǎng)格50 mm×50 mm。巷道支護(hù)斷面圖如圖1，巷道支護(hù)斷面俯視圖如圖2。

圖2 巷道支護(hù)斷面俯視圖

2 支護(hù)方案優(yōu)化

2.1 提高錨桿索預(yù)緊力

錨桿預(yù)緊力在巷道支護(hù)中處于非常關(guān)鍵的地位。在施工安裝錨桿索后，對(duì)錨桿索自由端施加合理預(yù)緊力使得圍巖的擠壓作用明顯，巖體應(yīng)力狀態(tài)得到改變，提高被錨固巖體力學(xué)性能，控制和減小巷道圍巖破碎區(qū)、塑性區(qū)范圍，保持巷道穩(wěn)定。預(yù)應(yīng)力錨桿對(duì)軟弱巖層的作用比堅(jiān)硬巖層更為明顯。

根據(jù)12105 膠運(yùn)順槽的實(shí)際情況，將錨桿索預(yù)緊力由原先40 kN 和100 kN 的基礎(chǔ)上提高至70 kN和130 kN。

2.2 增加錨固長(zhǎng)度

由組合梁理論可知，對(duì)于存在片幫裂隙、離層裂隙以及水平錯(cuò)動(dòng)的層狀巖層來說，端部錨固的錨桿提供的軸向力不僅將對(duì)巖層產(chǎn)生方向上的約束，并且還會(huì)使各巖層之間的摩擦力加大，與錨桿桿體提供的抗剪力一同阻止巖層間的相對(duì)滑動(dòng)。對(duì)于全長(zhǎng)錨固錨桿，由于錨固劑與巖體相互作用范圍的加大，使桿體對(duì)圍巖離層、錯(cuò)動(dòng)的敏感性增強(qiáng)，能夠及時(shí)抑制圍巖裂隙的產(chǎn)生與發(fā)展。同時(shí)，錨桿桿體與錨固劑協(xié)同控制作用增強(qiáng)，錨桿受力狀況明顯改善，增加了控制巷道片幫的能力，支護(hù)效果明顯優(yōu)于端部錨固錨桿。

根據(jù)12105 膠運(yùn)順槽的實(shí)際情況，在頂錨桿使用一支MSK2360 錨固劑、錨索使用2 支MSK2360錨固劑基礎(chǔ)上，分別增加錨固劑數(shù)量3 支和8 支，變端頭錨固為全長(zhǎng)錨固。

2.3 圍巖注漿

圍巖注漿技術(shù)通過漿液滲透進(jìn)入破碎圍巖裂隙中，固結(jié)后將破碎圍巖膠結(jié)成一個(gè)整體，將裂隙端部的應(yīng)力集中現(xiàn)象大大削弱，改變圍巖體的破壞機(jī)制，有助于支護(hù)結(jié)構(gòu)發(fā)揮承載能力，以達(dá)到控制圍巖穩(wěn)定的目的。根據(jù)漿液的注入深度，主要有淺部注漿加固技術(shù)和深部注漿加固技術(shù)，淺部注漿通過注漿管實(shí)現(xiàn)，深部注漿通過中空注漿錨索實(shí)現(xiàn)。

為了降低支護(hù)成本，在12105 膠運(yùn)順槽支護(hù)采用淺部注漿，設(shè)計(jì)注漿孔排距5 m，孔深2.5 m，孔距1.5 m。

3 工程應(yīng)用分析

為了評(píng)價(jià)支護(hù)方案優(yōu)化后的實(shí)際效果，對(duì)12105 膠運(yùn)順槽進(jìn)行了圍巖變形觀測(cè)和裂隙觀測(cè)。圍巖變形觀測(cè)主要包括：巷道表面位移觀測(cè)和深部圍巖位移觀測(cè)。巷道表面位移監(jiān)測(cè)主要包括巷道頂板下沉量、兩幫移近量、底鼓量等[5]；巷道深部圍巖位移觀測(cè)主要為頂板離層量[6]。

巷道圍巖變形如圖3 所示，巷道的頂板下沉量、兩幫移近量以及底鼓量在巷道掘進(jìn)初期快速增加，當(dāng)掘進(jìn)工作面向前推進(jìn)至大概50 m 遠(yuǎn)時(shí)，巷道圍巖的變形速率開始逐漸減小，變形趨于穩(wěn)定。從總變形量來看，總變形量為80～98 mm，巷道兩幫的變形量大于巷道頂板的下沉量，但小于頂?shù)装宓淖冃瘟恐?，即巷道圍巖的水平收斂量大于垂直收斂量。

圖3 巷道圍巖變形

由巷道深部位移圖可知：巷道頂板圍巖的變形量由淺部至深部逐漸減小，變形持續(xù)時(shí)間逐漸縮短。結(jié)合巷道頂板表面位移圖來看，從巷道表面至3 m深度，再至8 m 深度范圍內(nèi)，圍巖離層量逐漸減小。距巷道表面3 m 深度范圍內(nèi)的錨桿錨固區(qū)圍巖最大離層量為21～27 mm，小于錨桿的極限應(yīng)變值。距巷道表面3 m 深度至8 m 深度范圍內(nèi)的圍巖最大離層量為36～43 mm，小于巷道錨索的極限應(yīng)變值。距巷道表面6 m 以深的圍巖總變形量為17 mm。距巷道表面8 m 以深的圍巖總變形量為23 mm。在錨索的有效控制下，圍巖的整體變形及離層處于允許范圍之內(nèi)，優(yōu)化后的支護(hù)效果良好。

巷道幫部不同深度鉆孔窺視圖如圖4，在巷道頂板深部2.5～3.5 m 范圍內(nèi)，圍巖較為完整，整體性較好，不存在明顯的節(jié)理裂隙，說明圍巖淺部注漿取得了很好的效果。

圖4 巷道幫部不同深度鉆孔窺視圖

4 結(jié)論

（1）針對(duì)巷道圍巖為泥巖、涌水量較大等條件，在原有的基礎(chǔ)上提出了支護(hù)優(yōu)化方案，即提高錨桿索的預(yù)緊力、錨桿全長(zhǎng)錨固和淺部圍巖注漿。

（2）采用新的綜合治理措施后，巷道表面總變形量80～98 mm，距巷道表面3 m 深度至8 m 深度范圍內(nèi)的圍巖最大離層量為36～43 mm，小于巷道錨索的極限應(yīng)變值。距巷道表面6 m 以深的圍巖總變形量為17 mm。距巷道表面8 m 以深的圍巖總變形量為23 mm。淺部注漿后圍巖較為完整，整體性較好，不存在明顯的節(jié)理裂隙。