綜放開采動壓巷道圍巖控制技術(shù)研究

摘要：為實現(xiàn)動壓巷道圍巖變形有效控制，以3603運輸順槽為研究對象，提出通過桁架錨索、錨桿、單體及注漿方式控制運輸順槽圍巖變形。工程應(yīng)用后，解決了在3601工作面采動影響下，3603運輸順槽圍巖變形量大、部分錨桿（索）失效等問題，頂?shù)装?、兩幫移近量控制?70 mm、240 mm以內(nèi)，取得了較好的動壓影響巷道圍巖變形控制效果。

關(guān)鍵詞：厚煤層；采動壓力；補強加固；動壓巷道

中圖分類號：TD322 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1008-9500（2024）07-00-03

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2024.07.020

Research on the Control Technology of Dynamic Pressure Tunnel Perimeter Rock in Full-Mechanized Caving Mining

ZHENG Hezhong， HU Qiangqiang

（Shaanxi Changwu Tingnan Coal Industry Limited Liability Company， Xianyang 713602， China）

Abstract： In order to realize the effective control of the deformation of surrounding rock in the dynamic pressure roadway， taking 3603 transportation tunnel as the research object， it is proposed to control the deformation of surrounding rock in the transportation tunnel by truss anchor cable， anchor rods， monolithic and grouting. After the application of the project， it solved the problems of large deformation of perimeter rock and failure of some anchor rods （ropes） in 3603 transportation tunnels under the influence of 3601 working face mining， and the amount of top and bottom plates and the two gangs moving close to each other was controlled within 170 mm and 240 mm， which achieved a better effect of deformation control of perimeter rock of the tunnel under the influence of dynamic pressure.

Keywords： thick coal seam; mining pressure; reinforcement; dynamic pressure roadway

綜放開采具有工藝簡單、產(chǎn)量大等優(yōu)點，是厚煤層常見的開采方式，但也存在采空區(qū)遺煤量多、采動壓力顯著明顯及影響范圍廣等問題[1-2]。有效控制動壓影響巷道圍巖變形是綜放開采期間需要解決的主要問題，因此眾多的學(xué)者和工程技術(shù)人員研究壓巷道圍巖控制技術(shù)，并提出鋼架棚、圍巖卸壓（水力壓裂、深孔爆破切頂）、錨網(wǎng)索補強以及注漿加固等圍巖控制技術(shù)，工程應(yīng)用也取得一定成果[3-5]。在借鑒以往研究成果基礎(chǔ)上，以陜西某礦3607皮帶順槽圍巖控制為工程背景，分析現(xiàn)場采用的圍巖補強加固技術(shù)措施，以期為其他礦井類似情況動壓巷道圍巖控制提供參考。

1 地質(zhì)概況

陜西某礦開采的3#煤層厚度為3.9～7.8 m、平均值為5.8 m，傾角為3°～9°，埋深為215～298 m，

頂?shù)装逡阅鄮r、砂質(zhì)泥巖以及砂巖為主。3#煤層3603綜放工作面走向、傾向長度分別為4 250 m、265 m，

采高為3.5 m、放煤高度為2.3 m，采用U型通風(fēng)方式，現(xiàn)階段回采巷道和切眼已全部掘進。3603工作面北側(cè)為正在回采的3601工作面，采面間留設(shè)15 m護巷煤柱；南側(cè)為3605工作面（回采巷道未掘進）；東側(cè)為采區(qū)邊界，西側(cè)為采區(qū)集中巷道。受3601工作面采動影響，3603運輸順槽出現(xiàn)圍巖變形嚴(yán)重問題，需要結(jié)合現(xiàn)場情況針對性制定巷道圍巖控制術(shù)措施，確保圍巖的穩(wěn)定性。

2 動壓巷道圍巖變形特征分析

2.1 3603運輸順槽原支護設(shè)計

3603運輸順槽沿3#煤層底板掘進，矩形斷面（巷寬為5 200 mm，巷高為3 500 mm），采用錨網(wǎng)索聯(lián)合支護方式，底板用厚度為200 mm的混凝土（強度等級C20）硬化。

頂板一排6根錨桿，錨桿直徑為20 mm，長度為2500 mm，間排距為900 mm×900 mm；一排5根錨索，其中3根直徑為17.8 mm，長度為8300 mm的錨索，2根直徑為17.8 mm，長度為8 300 mm的錨索，間排距為900 mm×1 800 mm。

柱幫（采面幫）3根螺紋鋼錨桿（玻璃鋼錨桿），錨桿直徑為18 mm，長度為2 000 mm、間排距為1 200 mm×900 mm；在煤柱巷距底板1 000 mm位置，布置直徑為17.8 mm，長度為6 300 mm的錨索，間距為2 700 mm。

2.2 采動影響下運輸順槽變形特征

在3601工作面超前支承壓力、采空區(qū)側(cè)向應(yīng)力等影響下，3603運輸順槽出現(xiàn)圍巖變形量大問題，雖然局部用單體+工字鋼方式補強，但是圍巖控制效果不佳。具體表現(xiàn)包括3個方面：一是頂板下沉，頂板變形在靠近煤柱側(cè)位置最大、在靠近實體煤側(cè)有所降低，其中頂板下沉量最大為560 mm，同時局部出現(xiàn)網(wǎng)兜情況；二是巷幫位移量大，在3601工作面采動影響下，3603運輸順槽出現(xiàn)煤柱幫和采面幫變形較大、部分錨桿失效情況，其中巷幫位移在360～450 mm；三是底板鼓起，3603運輸順槽底板用混凝土（強度等級C20）硬化，但在采動影響下仍出現(xiàn)底板鼓起、局部混凝土開裂、翹起問題，底板鼓起量為290～370 mm。

3 動壓巷道圍巖控制技術(shù)

3.1 圍巖控制策略

依據(jù)3603運輸順槽巷道位置、頂?shù)装鍘r性條件及圍巖變形特征等，借鑒以往類似巷道圍巖變形控制經(jīng)驗，提出用桁架錨索、錨桿、單體等進行補強，通過注漿強化運輸順槽圍巖自身承載能力，與支護體系相互配合共同抵御采動壓力影響。

3.1.1 運輸順槽補強支護

一是修復(fù)運輸順槽原有錨網(wǎng)索支護系統(tǒng)。在運輸順槽失效的錨桿和錨索旁，重新打錨桿和錨索，實現(xiàn)圍巖支護，并對原有的錨桿及錨索補張拉。

二是頂板補打桁架錨索。在運輸順槽頂板原有的2排錨索間補打2根錨索（直徑為17.8 mm，長度為9 300 mm），均有15°外插角，間排距為2100 mm×1800 mm；補打完錨索后安裝桁架，并進行張拉，確保張緊力在150 kN以上。

三是巷幫補打錨桿。在煤柱幫靠近頂部的2排錨桿間補打一排螺紋鋼錨桿（直徑為18 mm，長度為2 000 mm），錨桿用直徑為10 mm×3 000 mm鋼筋梯子梁連接，施加100 N·m扭矩。

在采面幫補打2排玻璃鋼錨桿（直徑為20 mm，長度為2 000 mm），使錨桿間排距由1 200 mm×900 mm縮小至600 mm×900 mm，同時玻璃鋼錨桿用直徑18 mm、長度3 000 mm鋼筋梯子梁連接，施加60 N·m扭矩。四是單體強化支護。在運輸順槽內(nèi)用DW35單體支柱、Π型鋼強化支護。單體與巷幫間距均為850 mm，單體間留設(shè)3 500 mm寬距離，滿足行人、運輸需要；將長度為3 000 mm的Π型鋼平行運輸順槽布置，按照“一梁四柱”方式布置，即單體的間距為900 mm，兩側(cè)單體與Π型鋼端頭距離均為150 mm。

具體運輸順槽補強支護設(shè)計如圖1所示。

3.1.2 圍巖注漿加固

一是對3603運輸順槽錨網(wǎng)加固段頂板和巷幫進行噴漿。噴漿主要起封閉圍巖和防止漏漿作用，噴層厚度控制在50 mm，噴層的混凝土強度為C20。

二是待噴層凝固后，開始施工注漿孔，注漿孔深度為3.0 m，注漿管長度為2.5 m，注漿管間距為1.0 m、排距為2.0 m，起注高度為0.5 m。

三是注漿材料選用強度等級為42.5 MPa的普通硅酸鹽水泥，水灰比為0.6∶1.0（質(zhì)量比）。注漿壓強不超過3 MPa，待漿液凝固后，可根據(jù)現(xiàn)場情況決定是否進行二次補注。

3.2 動壓巷道圍巖控制效果分析

在3603運輸順槽加固后，布置測站監(jiān)測運輸順槽變形情況，具體如圖2所示。從監(jiān)測結(jié)果看出：運輸順槽在超前3601工作面110 m時圍巖變形量開始緩慢增加，在超前3601工作面50 m時圍巖變形量顯著增加；運輸順槽在滯后3601工作面50 m內(nèi)時圍巖變形量快速增加，在滯后3601工作面50～75 m以后圍巖變形量緩慢增加；在滯后3601工作面75 m以后圍巖變形量逐漸穩(wěn)定；在監(jiān)測期間，3603運輸順槽頂?shù)装濉蓭妥畲笠平糠謩e控制在170 mm、240 mm，同時未出現(xiàn)明顯的底板鼓起、頂板金屬網(wǎng)網(wǎng)兜等問題，運輸順槽圍巖變形量較小，基本不會影響后續(xù)使用。

4 結(jié)論

結(jié)合3603運輸順槽現(xiàn)場條件，綜合桁架錨索、錨桿、單體及注漿等方式控制動壓巷道變形。在修復(fù)原錨桿索支護體系后，利用桁架錨索對頂板補強，通過補打錨桿、鋼筋梯子梁提高煤柱幫及采面幫支護強度，通過單體+Π型鋼提升護表強度，采用注漿增強運輸順槽圍巖穩(wěn)定性，并提升支護體系與圍巖耦合效果?，F(xiàn)場應(yīng)用后，3603運輸順槽頂?shù)装?、兩幫最大移進量分別為170 mm、240 mm，圍巖變形量整體較小，有效控制了動壓影響巷道圍巖變形。

參考文獻

1 石 蒙，郭 瑞，韓 偉，等.綜放工作面二次動壓巷道圍巖變形破壞與控制技術(shù)研究[J].能源與環(huán)保，2022（12）：50-56.

2 蔡福洋.動壓巷道圍巖變形規(guī)律及控制技術(shù)[J].中國礦山工程，2020（1）：38-41.

3 孟文慶.淺埋綜放工作面迎采掘進沿空巷道圍巖控制技術(shù)研究[D].淮南：安徽理工大學(xué)，2022：23-25.

4 張 博.小紀(jì)汗煤礦堅硬頂板工作面兩次動壓巷道圍巖控制技術(shù)研究[D].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)，2020：15-16.

5 高緒龍.特厚煤層綜放開采鄰空巷道圍巖控制技術(shù)研究[J].中國煤炭，2016（10）：55-58.