荊志星(沈陽焦煤雞西盛隆礦業(yè)有限責(zé)任公司雞東煤礦， 黑龍江 雞西 158100)

1 前言

巷道掘進(jìn)揭露斷層、陷落柱等地質(zhì)構(gòu)造時(shí)，巷道頂板巖層破碎、本身承載能力較差，在圍巖應(yīng)力、構(gòu)造應(yīng)力作用下巷道圍巖變形量較大、頂板容易出現(xiàn)冒落[1-3]。如何確保巷道頂板穩(wěn)定是巷道掘進(jìn)過斷層破碎帶時(shí)需要解決的現(xiàn)實(shí)問題[4-6]。文中就以6301運(yùn)輸巷過斷層破碎帶為工程實(shí)例，采用數(shù)值模擬技術(shù)手段對(duì)巷道支護(hù)參數(shù)進(jìn)行模擬分析并優(yōu)選出適合巷道實(shí)際地質(zhì)條件的頂板巖層控制技術(shù)，確保了巷道掘進(jìn)及使用安全。

2 工作面概況

6301工作面位于630采區(qū)，以西為5305工作面(已回采)，以北為6304工作面(已回采)，以南為南部軌道、膠帶大巷及底車場。地面標(biāo)高+35.2～+36.2m，工作面標(biāo)高-950.0～-1 044.0m。工作面主采3煤層，平均厚度4.4m，平均傾角7°。直接頂為厚1.8m泥巖，基本頂為厚6.54m細(xì)粉砂巖互層，直接底為厚1.44m泥巖，基本底為厚6.10m細(xì)砂巖。工作面及周邊發(fā)育正斷層11條，其中4條斷層對(duì)工作面產(chǎn)生較大影響，在構(gòu)造作用下圍巖巖層破碎，巷道掘進(jìn)至破碎帶時(shí)會(huì)給巷道圍巖穩(wěn)定帶來不利影響。因此，需要針對(duì)破碎圍巖實(shí)際條件采取針對(duì)性圍巖控制措施并提高頂板的承載能力，減小頂板的破碎程度，實(shí)現(xiàn)巷道掘進(jìn)安全。

3 不同支護(hù)方式數(shù)值模擬

3.1 模擬方案

FF53斷層(H=5.5m，156°∠70°)對(duì)6301工作面開采有較大影響，文中就以該斷層為分析對(duì)象，采用RFPA軟件分析6301運(yùn)輸巷掘進(jìn)該斷層影響區(qū)域時(shí)不同支護(hù)參數(shù)下的巷道圍巖變形情況、圍巖受力情況，從而優(yōu)選出最佳的巷道支護(hù)參數(shù)。具體巷道支護(hù)方式：工字鋼架棚支護(hù)、錨網(wǎng)索支護(hù)(錨桿間排距分別為800mm×800mm、900mm×900mm)。構(gòu)建的模擬模型長、寬分別為240m、500m，在模型上邊界施工5MPa垂向應(yīng)力，具體工作面頂?shù)装鍘r性參數(shù)見表1。

表1 工作面頂?shù)装鍘r性參數(shù)

3.2 模擬結(jié)果分析

1) 工字鋼架棚支護(hù)

在6301運(yùn)輸巷使用工字鋼架棚時(shí)，圍巖主應(yīng)力以及聲發(fā)射圖像如圖1所示。

從圖1得出，6301運(yùn)輸巷采用工字鋼架棚支護(hù)對(duì)圍巖進(jìn)行控制時(shí)，頂板、巷幫巖層在支護(hù)初期就能得到足夠的支撐力，但架棚支護(hù)時(shí)棚腿位置容易出現(xiàn)應(yīng)力集中。隨著時(shí)間發(fā)展，架棚棚腿作用到底板巖層中應(yīng)力增加，當(dāng)?shù)装鍘r層承載能力較差時(shí)，容易出現(xiàn)底鼓，從而降低架棚支護(hù)強(qiáng)度，導(dǎo)致頂板、巷幫巖層逐漸出現(xiàn)變形，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致整個(gè)架棚支護(hù)體系失效。

圖1 工字鋼架棚支護(hù)

2) 900mm×900mm錨網(wǎng)支護(hù)

在6301運(yùn)輸巷采用900mm×900mm錨網(wǎng)索支護(hù)后聲發(fā)射、主應(yīng)力圖如圖2所示。

圖2 900mm×900mm錨網(wǎng)支護(hù)

從圖中看出，在6301運(yùn)輸巷采用間排距為900mm×900mm錨網(wǎng)索支護(hù)時(shí)，由于巷道圍巖初期支護(hù)強(qiáng)度不足，導(dǎo)致巷道圍巖變形成逐漸增加趨勢。變形破壞位置從起初巷道表層向深部巖層逐漸轉(zhuǎn)移，圍巖變形破碎范圍達(dá)到4m以上。因此，在此支護(hù)條件下應(yīng)對(duì)巷道圍巖進(jìn)行二次補(bǔ)強(qiáng)加固。

3) 800mm×800mm錨網(wǎng)支護(hù)

在6301運(yùn)輸巷采用800mm×800mm錨網(wǎng)索支護(hù)后聲發(fā)射、主應(yīng)力圖如圖3所示。

圖3 800mm×800mm錨網(wǎng)索支護(hù)

從圖3看出，在6301運(yùn)輸巷圍巖控制時(shí)，將錨桿間排距由900mm×900mm縮小至800mm×800mm后，巷道圍巖支撐強(qiáng)度得以顯著提升。巷道表層圍巖僅有局部位置出現(xiàn)變形破壞，深部巖層穩(wěn)定，未有變形破壞發(fā)生，表明800mm×800mm間距錨網(wǎng)支護(hù)可滿足巷道圍巖控制需要。

通過對(duì)工字鋼架棚支護(hù)、錨網(wǎng)支護(hù)模擬分析得出，工字鋼架棚支護(hù)以及間排距為900mm×900mm錨網(wǎng)索支護(hù)圍巖變形量較大，圍巖控制效果均不能滿足巷道后續(xù)使用需要。而采用800mm×800mm錨網(wǎng)索支護(hù)時(shí)，巷道圍巖變形量較小，僅在巷道圍巖淺部局部位置出現(xiàn)破碎，表明該支護(hù)參數(shù)可滿巷道圍巖控制需要。因此，在6301運(yùn)輸巷采用間排距為800mm×800mm錨網(wǎng)索支護(hù)，但是由于受斷層圍巖破碎。因此，需要采用注漿加固方式進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固。

4 支護(hù)實(shí)踐

4.1 錨網(wǎng)索支護(hù)設(shè)計(jì)

根據(jù)模擬結(jié)果以及6301運(yùn)輸巷實(shí)際地質(zhì)情況，設(shè)計(jì)的巷道支護(hù)參數(shù)見表2。

表2 錨網(wǎng)索支護(hù)參數(shù)

為了提升錨網(wǎng)索支護(hù)強(qiáng)度確保圍巖穩(wěn)定，在巷道頂板布置的錨桿采用鋼筋梯子梁(φ14mm圓鋼焊接而成)連接。

4.2 補(bǔ)強(qiáng)加固

受到斷層影響6301運(yùn)輸巷頂板巖層破碎，若單獨(dú)采用錨索網(wǎng)支護(hù)雖可實(shí)現(xiàn)對(duì)圍巖控制，但也存在頂板變形量過大問題。因此，為了進(jìn)一步提升巷道圍巖控制能力，采用注漿方式提升圍巖自身穩(wěn)定性。注漿選用直徑22mm中空注漿錨桿，注漿材料為高水速凝材料，注漿泵型號(hào)為QB152。在巷道頂板及巷幫均進(jìn)行注漿加固，具體注漿孔施工參數(shù)見表3。

表3 6301工作面運(yùn)輸巷注漿加固參數(shù)

5 效果檢驗(yàn)

采用采用“十字布點(diǎn)”對(duì)錨網(wǎng)索+注漿支護(hù)后巷道圍巖變形情況進(jìn)行監(jiān)測，具體監(jiān)測結(jié)構(gòu)見表4。

表4 頂板下沉量監(jiān)測結(jié)果

從監(jiān)測結(jié)果得知，頂板下沉量增加速度隨著時(shí)間推擠呈注漿降低趨勢，當(dāng)支護(hù)時(shí)間超過20d后，下沉量增加速度降低到1mm/d以內(nèi)。巷道圍巖支護(hù)完成30d時(shí)頂板下沉量最終穩(wěn)定在105mm，圍巖控制效果顯著。

6 結(jié)論

(1)采用RFPA對(duì)6301運(yùn)輸巷過FF53斷層時(shí)不同支護(hù)形式下的圍巖變形進(jìn)行分析。根據(jù)主應(yīng)力和聲發(fā)射圖可知，工字鋼棚支護(hù)方式為被動(dòng)支護(hù)，900mm×900mmmm錨網(wǎng)索支護(hù)的巷道在數(shù)值模擬中出現(xiàn)了不同方式的變形破壞，均達(dá)不到支護(hù)要求。因此，最終確定6301運(yùn)輸巷支護(hù)方式為800mm×800mm錨網(wǎng)索支護(hù)。

(2)為了減小破碎頂板對(duì)圍巖控制影響，在800mm×800mm錨網(wǎng)索支護(hù)的基礎(chǔ)上，通過注漿加固圍巖，提高圍巖的剛度和抗剪強(qiáng)度?，F(xiàn)場應(yīng)用后頂板下沉量控制在105mm以內(nèi)，支護(hù)取得了良好的效果。