李村煤礦鄰空巷道圍巖支護(hù)優(yōu)化研究

王再峰 王 帥 王立強(qiáng)

（1.山西省潞安礦業(yè)集團(tuán)李村煤礦，山西 長(zhǎng)治 046000；2.遼寧工程技術(shù)大學(xué)礦業(yè)學(xué)院，遼寧 阜新 123000；3.阜新弘霖礦業(yè)（集團(tuán)）有限公司，遼寧 阜新 123000）

工作面開采時(shí)，在采場(chǎng)周圍煤巖體上形成的支承壓力，不僅對(duì)本工作面巷道有影響，而且對(duì)工作面周圍的巷道會(huì)形成某種程度的擾動(dòng)影響，產(chǎn)生變形與破壞，對(duì)巷道穩(wěn)定性造成一定影響[1]。由于鉆孔窺視可以清晰直觀地反映出圍巖內(nèi)部的分層破碎情況及裂隙發(fā)育狀況，是圍巖內(nèi)部結(jié)構(gòu)探測(cè)的重要手段。很多學(xué)者[2-5]基于鉆孔窺視，解決了礦井生產(chǎn)中的眾多問題，尤其對(duì)巷道圍巖破碎變形問題，探明其原因，進(jìn)而采取有效措施保證礦井生產(chǎn)安全。

李村煤礦2307 回風(fēng)巷受2308 工作面回采產(chǎn)生的動(dòng)壓影響而出現(xiàn)較大變形，基于鉆孔窺視方法對(duì)頂板圍巖進(jìn)行窺視，從而確定能夠有效控制巷道變形的支護(hù)方案，更好地保證礦井生產(chǎn)安全。

1 工程概況

1.1 頂?shù)装寤厩闆r

2307 回風(fēng)巷用于2307 工作面回風(fēng)，平均埋深498 m。巷道設(shè)計(jì)斷面為矩形，掘進(jìn)寬度5500 mm、高度4500 mm，掘進(jìn)斷面24.75 m2。巷道前進(jìn)左幫留有35 m 煤柱，沿3#煤頂?shù)装寰蜻M(jìn)。3#煤厚度4.8～5.0 m，平均厚度4.93 m，傾角8°～6°。頂?shù)装迩闆r見表1。

表1 2307 回風(fēng)巷頂?shù)装鍘r性

1.2 巷道變形破壞情況

2307 回風(fēng)巷原支護(hù)方案：錨桿長(zhǎng)度2400 mm，錨固長(zhǎng)度1200 mm，頂部錨桿7 根，間排距850 mm×1000 mm，幫部錨桿5 根，間排距950 mm×1000 mm，錨桿打設(shè)在鋼筋梯子梁限位孔內(nèi)，幫部下半部分2 根錨桿配合W 鋼護(hù)板支護(hù)。頂板錨索排距2000 mm，每排4 根，錨索長(zhǎng)度8300 mm；前進(jìn)左幫隔排打設(shè)2 根5300 mm 錨索，第一根距頂1500 mm，隨上臺(tái)階施工打設(shè)安裝，第二根距頂3000 mm，錨索錨固長(zhǎng)度1971 mm。如圖1。

圖1 2307 回風(fēng)巷斷面原支護(hù)圖（mm）

由于2307回風(fēng)巷受到2308工作面回采動(dòng)壓影響，巷道頂板、煤柱幫及底板出現(xiàn)較大變形破壞，而回采幫基本趨于穩(wěn)定，未產(chǎn)生明顯變形破壞，兩幫破壞呈不對(duì)稱分布狀態(tài)。其變形破壞情況具體如下：

1）頂板變形破壞情況

巷道頂板變形嚴(yán)重，整體下沉約500～600 mm，頂板距左幫1.5～2 m 處擠壓形成錯(cuò)臺(tái)，錯(cuò)距500mm，墜包范圍分布較廣。

2）煤柱幫變形破壞情況

煤柱幫整體向內(nèi)移近，移近量約700～800 mm，大塊煤體凸出，金屬網(wǎng)及鋼筋梯子梁銹蝕嚴(yán)重，伴有錨桿脫落現(xiàn)象。

3）底板變形破壞情況

在對(duì)數(shù)據(jù)庫表進(jìn)行編輯(增刪改)操作時(shí)，所有與表對(duì)應(yīng)的VO(值對(duì)象)類都附加一個(gè)操作碼，以代表是何種編輯(增加、刪除、修改)。由此，從VO類中抽象出一個(gè)所有VO類的共同父類AbstractData，此類為抽象類。如圖2所示。

巷道底鼓情況嚴(yán)重，兩底角底鼓量較小。由于兩側(cè)向中央擠壓形成隆起，伴有裂縫產(chǎn)生，中部底鼓量大約600～700 mm。

2 鉆孔窺視分析

2.1 測(cè)定方案

為充分了解2307 回風(fēng)巷頂板裂隙發(fā)育狀況，為優(yōu)化支護(hù)方案提供依據(jù)，采用YTJ20 型巖層探測(cè)記錄儀，根據(jù)成像分析內(nèi)部圍巖分層、圍巖破碎程度及圍巖裂隙發(fā)育狀況。在2307 回風(fēng)巷頂板打設(shè)3個(gè)與巷道頂板垂直鉆孔，直徑30 mm，深10 m。

2.2 窺視結(jié)果分析

由于頂板鉆孔為垂直鉆孔，在用窺視儀觀測(cè)前，對(duì)三個(gè)測(cè)點(diǎn)的鉆孔均淋水沖洗，減少鉆孔過程中的粉末，保證良好的成像效果。

1）1 號(hào)測(cè)點(diǎn)窺視結(jié)果分析

如圖2，1 號(hào)測(cè)點(diǎn)成像視頻顯示，0.28～0.37 m 范圍內(nèi)分布有環(huán)向破碎帶，圍巖巖性較松軟；2.95～6.25 m 范圍內(nèi)不同程度存在縱向裂隙，偶爾伴有圍巖破碎情況出現(xiàn)，平均間隔1～2 m 出現(xiàn)一次，但裂隙貫通程度不太明顯，圍巖性質(zhì)相對(duì)較好，強(qiáng)度相對(duì)較高；從6.37 m 一直到10 m 范圍內(nèi)，無明顯破碎及裂隙發(fā)育情況，孔壁光滑，圍巖膠結(jié)性良好，表明此范圍內(nèi)圍巖穩(wěn)定性較強(qiáng)。

圖2 1 號(hào)測(cè)點(diǎn)窺視結(jié)果

2）2 號(hào)測(cè)點(diǎn)窺視結(jié)果分析

圖3 2 號(hào)測(cè)點(diǎn)窺視結(jié)果

3）3 號(hào)測(cè)點(diǎn)窺視結(jié)果分析

如圖4，3 號(hào)測(cè)點(diǎn)成像結(jié)果顯示，頂板3.9 m 處存在環(huán)向破碎帶，孔壁粗糙不平，4.2 m 處有環(huán)向裂隙；7.3～7.4 m 范圍內(nèi)存在輕微縱向裂隙，但裂隙并不貫通；8.27 m 處有輕微環(huán)向裂隙分布，但孔壁基本光滑完好，8.27 m 往上頂板完好，基本無圍巖破碎及裂隙發(fā)育狀況。

圖4 2 號(hào)測(cè)點(diǎn)窺視結(jié)果

據(jù)三個(gè)測(cè)點(diǎn)的成像結(jié)果，1 號(hào)測(cè)點(diǎn)和3 號(hào)測(cè)點(diǎn)圍巖破碎程度較輕微，由于2 號(hào)測(cè)點(diǎn)位置與2308工作面切眼位置幾乎處于同一斷面，因此其頂板圍巖破碎及裂隙發(fā)育較嚴(yán)重，說明2 號(hào)測(cè)點(diǎn)處頂板圍巖應(yīng)力分布較為集中。通過對(duì)三個(gè)測(cè)點(diǎn)圍巖破壞狀況對(duì)比可以看出，圍巖破壞及裂隙發(fā)育主要為環(huán)向破壞和縱向破壞，三個(gè)測(cè)點(diǎn)處破壞程度及破壞分布范圍情況各一，但集中破壞在8 m 范圍之內(nèi)。

3 優(yōu)化方案設(shè)計(jì)

根據(jù)鉆孔窺視的結(jié)果，三個(gè)測(cè)點(diǎn)鉆孔圍巖破碎及裂隙發(fā)育范圍主要集中在頂板以上0～8 m 以內(nèi)。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，為保證能夠有效控制住2307回風(fēng)巷圍巖變形，對(duì)其原支護(hù)方案進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)（支護(hù)設(shè)計(jì)斷面如圖5），具體如下：

圖5 支護(hù)優(yōu)化設(shè)計(jì)斷面圖（mm）

1）頂板支護(hù)

頂板采用“錨桿+錨索+金屬網(wǎng)+鋼筋梯子梁”聯(lián)合支護(hù)。頂板布置錨桿7 根，間排距850 mm×850 mm，錨桿長(zhǎng)度2400 mm，錨固長(zhǎng)度≥1000 mm，頂板兩端靠近煤幫處錨桿分別向外側(cè)傾斜15°；頂板錨索間排距1300 mm×850 mm，每排4根，錨索長(zhǎng)度8300 mm。錨索與錨桿間隔布置。

2）回采幫支護(hù)

回采幫采用“錨桿+鋼筋梯子梁+W 鋼護(hù)板”聯(lián)合支護(hù)。布置錨桿5 根，間排距950 mm×850 mm，錨桿之間通過鋼筋梯子梁連接成整體，靠近底板處的兩根錨桿配合W 鋼護(hù)板支護(hù)。

3）煤柱幫支護(hù)

煤柱幫采用“錨桿+錨索+鋼筋梯子梁+槽鋼鋼梁”聯(lián)合支護(hù)。布置錨桿5 根，間排距950 mm×850 mm，錨桿之間通過鋼筋梯子梁連接成整體；煤柱幫布置2 根錨索，靠近頂板的錨索距頂板1500 mm，間排距1500 mm×850 mm，錨索長(zhǎng)度5300 mm，兩根錨索分別向頂板、底板傾斜30°，錨固長(zhǎng)度不小于2000 mm。為提高錨索支護(hù)的整體性，將兩根錨索用槽鋼鋼梁連接，槽鋼鋼梁長(zhǎng)2000 mm，寬度100 mm，布置2 個(gè)限位孔，限位孔間距1500 mm，限位孔直徑25 mm（略大于錨索直徑，須小于鎖頭直徑）。

4）底板處理方案

由于底鼓量較大，采取人工拉底作業(yè)，將巷道底鼓部分清除，配合巷道兩幫支護(hù)，控制兩幫移近量，減弱兩幫對(duì)巷道底板的擠壓，降低底板應(yīng)力。

4 支護(hù)效果分析

為了監(jiān)測(cè)優(yōu)化支護(hù)效果，通過監(jiān)測(cè)巷道表面位移（頂板下沉量及兩幫移近量），對(duì)優(yōu)化前后的支護(hù)方案進(jìn)行對(duì)比分析。巷道表面位移變化曲線如圖6，監(jiān)測(cè)時(shí)間為50 d。

圖6 巷道表面位移變化曲線

如圖6 所示，在原支護(hù)方案下，由于受到鄰近工作面回采動(dòng)壓的影響，巷道圍巖變形量較為明顯，頂板下沉量最大達(dá)到511 mm，兩幫移近量最大達(dá)到751 mm，由于鄰空巷道上覆巖層對(duì)幫部的較大壓應(yīng)力，導(dǎo)致幫部移近量的增加幅度更大。支護(hù)方案優(yōu)化后，頂板下沉量最大231 mm，對(duì)比原支護(hù)方案降幅達(dá)54.8%，兩幫移近量最大254 mm，降幅66.2%，圍巖變形得到了有效控制。

5 結(jié)論

1）根據(jù)鉆孔窺視結(jié)果，1 號(hào)測(cè)點(diǎn)頂板圍巖破碎及裂隙發(fā)育主要集中在0～6.5 m 范圍之內(nèi)，2 號(hào)測(cè)點(diǎn)主要在0～6.7 m 范圍內(nèi)，3 號(hào)測(cè)點(diǎn)分布主要集中在0～8 m 范圍之內(nèi)。為保證錨索能夠打設(shè)到穩(wěn)定錨固層之內(nèi)并達(dá)到有效的控制效果，頂板錨索選用8300 mm 的錨索，頂板兩端靠近煤幫處錨桿分別向外側(cè)傾斜15°。

2）由于煤柱幫變形較為嚴(yán)重，為更好地控制住煤柱幫移近量，煤柱幫錨索分別向頂板、底板傾斜30°，錨固長(zhǎng)度不小于2000 mm，確保錨索錨固穩(wěn)定，同時(shí)將兩根錨索用槽鋼鋼梁連接。

3）優(yōu)化后的支護(hù)方案，有效控制了巷道兩幫及頂板的位移量，有效降低了巷道表面位移的幅度，達(dá)到預(yù)期的支護(hù)效果。