王延林

（鄭煤集團(tuán)超化煤礦，河南 新密 452385）

1 概況

超化煤礦主采山西組二1煤，井田面積10.1km2。煤層軟，直接頂、底板為泥巖和砂質(zhì)沙巖，屬典型的“三軟”不穩(wěn)定煤層。

在眾多動(dòng)壓影響巷道中，跨采巷道承受的影響最為強(qiáng)烈。22051底抽巷不僅服務(wù)于該工作面的瓦斯抽采，而且在相鄰的22071工作面瓦斯治理期間將作為3條打鉆橫貫的回風(fēng)通道。此外，22051底抽巷外段還兼作礦井主排水系統(tǒng)的管子巷，不僅巷道服務(wù)年限長(zhǎng)，而且對(duì)巷道的使用斷面要求很高。

巷道在工作面超前支承壓力影響期間急劇變形，而且在工作面推過(guò)后上覆巖層斷裂、垮落和壓實(shí)過(guò)程中的變形更加劇烈。因此，工作面動(dòng)壓影響巷道的維護(hù)問(wèn)題一直是困擾煤礦安全生產(chǎn)的重大技術(shù)難題。

2 工作面底板巷道圍巖穩(wěn)定性影響因素分析

2.1 工作面回采對(duì)底板巷道圍巖穩(wěn)定性影響分析

22051 底抽巷正巷走向方向與22051工作面推進(jìn)方向平行，動(dòng)壓影響屬于“騎采”類型。工作面回采之前，工作面周圍的巖體處于原始應(yīng)力平衡狀態(tài)。伴隨著煤層的開采，原始應(yīng)力平衡狀態(tài)被打破，在工作面采空區(qū)四周形成不同程度的支承壓力帶。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置的觀測(cè)站觀測(cè)，受工作面采動(dòng)影響后，巷道幫部巖體首先產(chǎn)生屈服、破壞，隨著幫部巖體的失穩(wěn)、破壞，承載能力相對(duì)較高的拱結(jié)構(gòu)同樣隨之失穩(wěn)；另一方面靠近巷道中下部的幫部圍巖徑向位移量大致相當(dāng)，說(shuō)明此時(shí)巷道幫部承載結(jié)構(gòu)隨著巷道不斷底臌，在承載能力逐步降低的同時(shí)產(chǎn)生整體內(nèi)移。

受采動(dòng)影響后，巷道拱頂圍巖位移特征為整體下沉。造成這一現(xiàn)象的原因在于，現(xiàn)有巷道圍巖巖性結(jié)構(gòu)中，巷道兩幫為泥巖，起拱線以上為灰?guī)r，錨網(wǎng)支護(hù)在兩幫形成的梁結(jié)構(gòu)可視為上部拱結(jié)構(gòu)的支座。在高應(yīng)力作用下，隨著巷道兩幫梁結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)、破壞，兩幫巖體向巷道內(nèi)擠壓鼓出以及底臌影響，使得支座穩(wěn)定性不斷下降，造成拱部巖體整體下沉。

通過(guò)對(duì)比地質(zhì)采礦條件下巷道圍巖應(yīng)力場(chǎng)和位移場(chǎng)分布，由于底板巷道所處的L7-8灰?guī)r強(qiáng)度較高，工作面“騎采”和“跨采”條件下巷道圍巖變形量整體不大，巷道變形主要發(fā)生在L7-8灰?guī)r間的泥巖部位，22051底抽巷、中央進(jìn)風(fēng)行人下山和3條橫貫的變形、破壞狀況也驗(yàn)證了這一分析結(jié)果?？傮w來(lái)看，相較于“騎采”形式，“跨采”形式對(duì)底板巷道圍巖穩(wěn)定性的影響較大，底板巷道位于采空區(qū)外側(cè)時(shí)巷道圍巖穩(wěn)定性最差，位于采空區(qū)內(nèi)側(cè)時(shí)次之，位于采空區(qū)中部時(shí)較小。

2.2 水體對(duì)22051底抽巷錨網(wǎng)支護(hù)承載結(jié)構(gòu)影響

從底抽巷裸露的巷幫可以看到，巷道兩幫泥巖在水體聯(lián)合作用下多數(shù)地段已經(jīng)泥化，在泥質(zhì)巖體的膨脹壓力作用下巷道兩幫錨網(wǎng)支護(hù)護(hù)表構(gòu)件破壞嚴(yán)重。這部分水體極有可能來(lái)自上部老巷和采空區(qū)，并通過(guò)巖體裂隙和錨桿（索）鉆孔等途徑向下滲透，從而對(duì)22051工作面底抽巷圍巖穩(wěn)定性構(gòu)成威脅。

大量實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，隨著含水量的增加，巖石的峰值強(qiáng)度、殘余強(qiáng)度、長(zhǎng)期強(qiáng)度、彈性模量等力學(xué)參數(shù)均有所降低，而巖石蠕變應(yīng)變率隨著含水率的增大而增大，即粘滯系數(shù)隨含水率的增加而減小。因此，對(duì)泥質(zhì)軟巖的流變變形，可以從兩個(gè)方面進(jìn)行強(qiáng)化，即一方面封堵導(dǎo)水裂隙，阻止水對(duì)軟巖的彈性模量、粘滯系數(shù)的弱化，提高軟巖的抗變形能力，另一方面就是通過(guò)注漿等巖體強(qiáng)化手段提高巖體的長(zhǎng)期強(qiáng)度極限，避免巖體進(jìn)入流變變形階段。

3 采動(dòng)影響下底板巷道二次錨網(wǎng)索噴協(xié)同支護(hù)

（1）利用一次錨網(wǎng)支護(hù)加固淺部破裂圍巖，改善圍巖力學(xué)性能，提高其殘余強(qiáng)度，同時(shí)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需要考慮注漿加固破裂圍巖，在淺部圍巖中形成承載結(jié)構(gòu)。

在圍巖變形壓力作用下，利用一次支護(hù)承載結(jié)構(gòu)的可縮性，適當(dāng)“柔性卸壓”，同時(shí)保證加固圍巖不產(chǎn)生過(guò)度的剪脹變形。

待圍巖卸壓到一定程度后，進(jìn)行二次錨網(wǎng)支護(hù)，提高支護(hù)強(qiáng)度、剛度及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

基于以上原則，為保障22051底抽巷長(zhǎng)期穩(wěn)定，實(shí)施二次錨網(wǎng)索噴協(xié)同支護(hù)。

（2）22051底抽巷在加固前，對(duì)巷道兩幫已經(jīng)泥化的部位完全擴(kuò)刷，直至實(shí)體巖層，一方面有利于后期錨桿（索）鉆孔的施工和安裝，另一方面避免殘存的泥化巖體對(duì)深部穩(wěn)定巖體進(jìn)一步侵蝕、破壞。

（3）巷幫泥化巖體剝離后，及時(shí)打錨桿掛網(wǎng)并噴漿封閉，噴漿過(guò)程中盡量找平，為后期二次錨網(wǎng)索支護(hù)施工創(chuàng)造有利條件，同時(shí)隔絕水體對(duì)泥質(zhì)巖體的影響，避免泥質(zhì)巖體遇水膨脹變形。

（4）一次支護(hù)施工完畢后，實(shí)施二次錨網(wǎng)索噴聯(lián)合支護(hù)，并沿巷道走向布置鋼筋梯，將一次支護(hù)的噴層置于金屬網(wǎng)內(nèi)側(cè)，從而控制噴層開裂所形成水體滲透通道。二次支護(hù)施工完畢后，噴漿封閉金屬網(wǎng)。

4 巷道加固實(shí)施

由于原巷道部分?jǐn)嗝嬉褵o(wú)法滿足使用要求，需對(duì)巷道斷面進(jìn)行擴(kuò)刷，擴(kuò)刷后巷道毛斷面尺寸為4.8×3.9m。

（1）巷道斷面擴(kuò)刷完畢后，實(shí)施一次錨網(wǎng)支護(hù)。一次錨網(wǎng)支護(hù)錨桿規(guī)格為Φ20×2400mm左旋無(wú)縱筋螺紋鋼錨桿，錨桿間排距780×1000mm，并配合使用鋼筋網(wǎng)護(hù)表。每根錨桿使用1支K2350和1支Z2350樹脂錨固劑，錨桿安裝扭矩不低于300N·m。

（2）一次錨網(wǎng)支護(hù)施工完畢，檢查所有錨桿合格后，對(duì)一次支護(hù)表面進(jìn)行噴漿找平。二次錨網(wǎng)索支護(hù)分錨桿支護(hù)和錨索支護(hù)斷面，在一次支護(hù)斷面間交替布置。支護(hù)方案如下：

① 二次錨網(wǎng)支護(hù)錨桿規(guī)格為Φ20×3000mm左旋無(wú)縱筋螺紋鋼錨桿，錨桿間排距780×2000mm，并配合使用鋼筋網(wǎng)和Φ12mm鋼筋梯護(hù)表，鋼筋梯沿巷道走向布置。每根錨桿使用1支K2350和1支Z2350樹脂錨固劑，錨桿安裝扭矩不低于300N·m。具體參數(shù)見(jiàn)圖1、圖2。

圖1 一次錨桿支護(hù)斷面圖

② 待二次錨桿支護(hù)斷面施工后，在二次錨桿支護(hù)斷面間實(shí)施錨索補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)。錨索規(guī)格為Φ18.9×6200mm，錨索間排距1200mm×2000mm，每根錨索使用1支K2350和2支Z2350樹脂錨固劑，錨索預(yù)緊力不低于80kN。具體參數(shù)見(jiàn)圖3。

圖2 二次錨桿支護(hù)斷面圖

二次錨網(wǎng)索支護(hù)后，若有泥巖或淋水地段需裝設(shè)導(dǎo)水管并噴漿封閉，噴層厚度以蓋住金屬網(wǎng)為宜。

5 效果及效益

通過(guò)本項(xiàng)目的實(shí)施，避免了22051工作面開采影響范圍內(nèi)底板瓦斯抽放巷道的失穩(wěn)、破壞，避免了重復(fù)擴(kuò)修維護(hù)，以每米擴(kuò)修費(fèi)用4000元計(jì)算，可節(jié)約費(fèi)用近120萬(wàn)元。

圖3 二次錨索支護(hù)斷面圖

本項(xiàng)目的實(shí)施，實(shí)現(xiàn)了巷道在受采動(dòng)影響情況下變形量在可控范圍之內(nèi)，避免了因采動(dòng)影響造成巷道大變形引起的排水、抽放管路損壞、通風(fēng)運(yùn)輸斷面滿足不了要求等問(wèn)題，也為22071接替工作面瓦斯治理工程按計(jì)劃實(shí)施和礦井安全高效開采提供了有力保障。