掘進(jìn)巷道過陷落柱破碎圍巖控制技術(shù)研究

武雙忠

（山西汾西礦業(yè)集團(tuán)柳灣煤礦， 山西 孝義 032300）

巷道掘進(jìn)過地質(zhì)構(gòu)造期間如何確保圍巖穩(wěn)定是巷道掘進(jìn)時(shí)需重點(diǎn)解決的問題[1-2]。當(dāng)巷道掘進(jìn)過陷落柱時(shí)，由于陷落柱內(nèi)巖體往往呈現(xiàn)裂隙發(fā)育、易風(fēng)化、穩(wěn)定性差等特點(diǎn)，從而導(dǎo)致巷道掘進(jìn)過程中容易出冒頂、頂板垮落等問題[3-4]。為此，眾多的研究學(xué)者對(duì)掘進(jìn)巷道過陷落柱破碎圍巖控制技術(shù)展開研究，并提出注漿加固、架棚、噴漿、單點(diǎn)錨索等各種圍巖支護(hù)方式，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用取得一定的成果[5～7]。文中就以山西某礦5301 運(yùn)輸巷掘進(jìn)過TX1 陷落柱為工程背景，提出綜合使用超前注漿+錨網(wǎng)索+架棚支護(hù)技術(shù)對(duì)陷落柱內(nèi)破碎巖體進(jìn)行控制，現(xiàn)場(chǎng)取得較好圍巖控制效果。

1 工程概況

山西某礦5301 工作面設(shè)計(jì)開采3#煤層，煤層埋深為390 m，厚度5.8 m、傾角2°。3 號(hào)煤層頂?shù)装逡苑凵皫r、砂質(zhì)泥巖等為主。5301 運(yùn)輸巷用以采面通風(fēng)、煤炭運(yùn)輸工作，巷道凈寬×凈高=5.0 m×3.3 m。5301 運(yùn)輸巷掘會(huì)揭露TX1、X181 陷落柱，其中TX1陷落柱（長(zhǎng)軸42.8 m、短軸30.2 m），巷道掘進(jìn)長(zhǎng)度42.8 m；X181 陷落柱（長(zhǎng)軸93.4 m、短軸92.4 m），預(yù)計(jì)影響巷道掘進(jìn)距離為20 m，具體掘進(jìn)巷道與陷落柱間位置關(guān)系見圖1 所示。

圖1 掘進(jìn)巷道與陷落柱間位置關(guān)系圖（m）

探測(cè)到TX1、X181 陷落柱均不含水且均不具備導(dǎo)水性，陷落柱內(nèi)為泥質(zhì)膠結(jié)砂巖、破碎，巷道掘進(jìn)至陷落柱位置時(shí)容易出現(xiàn)頂板冒落風(fēng)險(xiǎn)，從而給巷道圍巖控制以及掘進(jìn)安全等帶來威脅。為此，在5301 運(yùn)輸巷掘進(jìn)過陷落柱時(shí)提出綜合使用超前注漿+架棚+錨網(wǎng)帶支護(hù)技術(shù)對(duì)陷落柱內(nèi)破碎圍巖進(jìn)行控制。

2 巷道掘進(jìn)過陷落柱破碎圍巖控制技術(shù)

2.1 破碎圍巖超前注漿加固

2.1.1 注漿加固鉆孔布置

具體在5301 運(yùn)輸巷布置的超前加固鉆孔參數(shù)見下頁表1 所示，鉆孔布置見下頁圖2。注漿加固鉆孔需要控制巷道頂板、巷幫等位置破碎巖體。在運(yùn)輸巷掘進(jìn)迎頭位置布置1 號(hào)—5 號(hào)注漿加固鉆孔，通過注漿將掘進(jìn)迎頭前方頂板破碎巖體進(jìn)行加固，在掘進(jìn)工作面前方破碎巖體穩(wěn)定性；在運(yùn)輸巷內(nèi)布置的6 號(hào)、8號(hào)鉆孔分別對(duì)巷幫破碎圍巖進(jìn)行加固，通過注漿提高巷幫巖層穩(wěn)定性以及抗變形能力；7 號(hào)鉆孔對(duì)掘進(jìn)前方破碎巖體進(jìn)行加固，避免巷道掘進(jìn)過程中迎頭破碎巖體出現(xiàn)掉落問題；9 號(hào)—11 號(hào)鉆孔對(duì)巷道底板巖層進(jìn)行加固，不僅可以給巷道掘進(jìn)創(chuàng)造較好底板條件而且可避免底板巖體在圍巖應(yīng)力作用下出現(xiàn)較大底鼓問題。在掘進(jìn)迎頭布置2 個(gè)檢查鉆孔，對(duì)注漿加固效果進(jìn)行考察。

圖2 鉆孔布置圖（mm）

表1 鉆孔施工參數(shù)

2.1.2 注漿加固工藝

由于5301 運(yùn)輸巷掘進(jìn)前方TX1、X181 陷落柱對(duì)巷道掘進(jìn)影響較大，通過一次超前注漿難以有效對(duì)陷落柱內(nèi)破碎巖體進(jìn)行加固，同時(shí)也存在注漿時(shí)間長(zhǎng)、施工難度高以及注漿加固效果難以保證等問題。為此巷道超前注漿采用分段式注漿方式，即鉆孔施工、注漿等分段交替進(jìn)行。依據(jù)掘進(jìn)巷道以及陷落柱分布情況確定單次注漿長(zhǎng)度為20 m、預(yù)留2 m 作為安全維護(hù)距離，因此單次注漿有效長(zhǎng)度確定為18 m。鉆孔注漿選擇使用化學(xué)漿液，漿液由A、B 兩種組分構(gòu)成，漿液水灰質(zhì)量比按照0.8∶1.0 確定。為實(shí)現(xiàn)注漿漿液在孔隙內(nèi)有效擴(kuò)散，選擇使用高壓注漿方式，注漿壓力設(shè)定為10～15 MPa。

2.2 錨網(wǎng)索支護(hù)

在巷道掘進(jìn)至陷落柱破碎帶后采用錨網(wǎng)索支護(hù)方式對(duì)圍巖進(jìn)行永久支護(hù)。巷道頂板布置6 根高強(qiáng)錨桿（Ф22 mm×2 800 mm），按照900 mm 間距、1 000 mm排距布置，錨桿使用樹脂錨固劑進(jìn)行長(zhǎng)錨固，錨固長(zhǎng)度為900 mm，并使用鋼筋托梁連接臨近錨桿；頂板布置2 根錨索（Ф22 mm×6 300 mm），按照2 000 mm 間距、1 000 mm 排距布置。

巷幫錨桿與頂板一致，每側(cè)布置3 根，間排距均設(shè)計(jì)為1 100 mm×1 000 mm。巷道頂板、巷幫均使用鍍鋅鐵絲編制而成的鋼筋網(wǎng)進(jìn)行護(hù)表。具體錨網(wǎng)索支護(hù)設(shè)計(jì)見圖3 所示。

圖3 錨網(wǎng)索支護(hù)設(shè)計(jì)圖（mm）

2.3 架棚支護(hù)

架棚棚梁使用12 號(hào)工字鋼梁，長(zhǎng)度4 300 mm；棚腿使用U25 鋼，上棚腿、下棚腿長(zhǎng)度分別為1 800 mm、2 000 mm，棚腿外扎角控制在35°～45°，柱窩深度控制在200 mm，棚腿與巷幫間距控制在450 mm 以內(nèi)。架棚間間距為1 200 mm，并使用長(zhǎng)度1 400 mm 背板將架棚與頂板、巷幫背實(shí)。

3 破碎圍巖控制效果分析

5301 運(yùn)輸巷掘進(jìn)通過TX1、X181 陷落柱后，對(duì)陷落柱影響范圍內(nèi)圍巖變形進(jìn)行檢查。具體監(jiān)測(cè)結(jié)果見圖4 所示。

圖4 圍巖變形監(jiān)測(cè)結(jié)果

從圍巖變形監(jiān)測(cè)結(jié)果看出，對(duì)陷落柱破碎巖體進(jìn)行超前注漿、錨網(wǎng)索以及架棚支護(hù)后，巷道圍巖在支護(hù)完成后的20 d 基本區(qū)域穩(wěn)定，其中頂?shù)装?、巷幫變形量峰值分別控制在156 mm、142 mm。運(yùn)輸巷圍巖變形量在安全范圍內(nèi)，不會(huì)給巷道正常使用威脅。

4 結(jié)論

1）巷道掘進(jìn)遇陷落柱時(shí)面臨現(xiàn)冒頂、圍巖變形量大等問題，給巷道掘進(jìn)以及圍巖控制帶來較大安全威脅。針對(duì)5301 運(yùn)輸巷掘進(jìn)通過TX1、X181 陷落柱期間巖體破碎問題，提出使用超前注漿、錨網(wǎng)索、架棚等方式對(duì)圍巖變形進(jìn)行控制。

2）在陷落柱破碎巖體中進(jìn)行超前注漿，可提高破碎巖體穩(wěn)定性以及強(qiáng)度；使用錨網(wǎng)索支護(hù)充分發(fā)揮巖體自身承載能力，避免出現(xiàn)較大變形；采用架棚支護(hù)給巷幫、頂板一定作用力，減少圍巖變形量。依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，對(duì)掘進(jìn)過陷落柱時(shí)圍巖支護(hù)參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用后，巷道頂板、巷幫變形量分別控制在156 mm、142 mm以內(nèi)，可滿足巷道掘進(jìn)以及后續(xù)使用需要。