趙 敏

（霍州煤電集團安監(jiān)局五人小組，山西 霍州031400）

1 工程概況

三交河煤礦11-105工作面開采礦井11號煤層，開采水平位+850 m南翼，工作面地面標高+1 123～+1 208 m，井下標高+846～+945 m，其東側(cè)、南側(cè)為實體煤，西側(cè)為10-001工作面，北端為下組煤東軌道巷。工作面范圍上部為原三交河2-301、2-302、2-401、2-402采空區(qū)。工作面煤層厚度平均為3.3 m，煤層傾角平均為7°，煤層厚度穩(wěn)定，夾矸為泥巖。11-105工作面頂?shù)装鍘r性見表1。

表1 11-105工作面頂?shù)装鍘r性

11-105工作面直接頂主要為泥巖，在部分變化較大階段出現(xiàn)泥巖與煤層互層現(xiàn)象，工作面順槽完全沿煤層布置，煤層硬度f=2，在開采過程中，巷道受開采活動影響原有應(yīng)力狀態(tài)被打破，整體會出現(xiàn)較大的變形破壞，頂?shù)装迮c兩幫出現(xiàn)的破壞形式不同，研究復(fù)雜圍巖狀態(tài)下工作面巷道變形控制技術(shù)，是當(dāng)前礦井安全生產(chǎn)面臨的重要考驗[1-3]。

2 工作面巷道變形破壞特征分析

根據(jù)11-105工作面巷道受采動影響的效果，采用聲波法探測巷道圍巖松動圈發(fā)育范圍，聲波在煤巖體中傳播的速度可以間接反映煤巖體抗壓強度和內(nèi)部破壞情況。其中1號測站布置在工作面回風(fēng)順槽前方150 m處，2號測站布置在工作面運輸順槽前方30 m處，3號測站布置在工作面回風(fēng)順槽前方30 m處，聲波監(jiān)測結(jié)果轉(zhuǎn)化為破壞范圍后的統(tǒng)計數(shù)據(jù)見表2。根據(jù)監(jiān)測結(jié)果，工作面兩巷松動圈發(fā)育范圍在測站1中工作面?zhèn)群兔褐鶄?cè)均為1.0 m，測站2工作面?zhèn)仁?.85 m、煤柱側(cè)是0.75 m，測站3工作面?zhèn)仁?.4 m、煤柱側(cè)是1.1 m。整體來看，11-105工作面回采巷道的松動圈發(fā)育均呈現(xiàn)工作面?zhèn)容^大的現(xiàn)象，這是由于較軟弱煤體在垂直應(yīng)力影響下出現(xiàn)剪切破壞的原因。

表2 不同采動階段下巷道松動圈范圍

根據(jù)松動圈發(fā)育監(jiān)測結(jié)果，可以將巷道破壞形狀劃分為圖1所示，在巷道開挖之后，圍巖四周會從近到遠出現(xiàn)破裂區(qū)、塑性區(qū)、彈性區(qū)和原巖應(yīng)力區(qū)，破裂區(qū)的圍巖強度基本喪失，會出現(xiàn)很明顯的位移和破碎狀態(tài)；塑性區(qū)狀態(tài)下，圍巖出現(xiàn)塑性破壞，隨著距離巷道斷面越遠，圍巖強度逐步增大；彈性區(qū)和原巖應(yīng)力區(qū)的應(yīng)力狀態(tài)基本保持不變，完整性較強，因此松動圈發(fā)育的范圍可以包括破裂區(qū)和塑性區(qū)，11-105工作面全煤巷道情況下，頂?shù)装搴拖飵托再|(zhì)不同，頂板受拉、兩幫受壓，松動圈就很容易出現(xiàn)“凸”形分布，而根據(jù)松動圈劃分等級[4-7]，工作面松動圈劃分等級為中松動圈，為此需要采取錨網(wǎng)索強力支護措施控制巷道復(fù)雜圍巖的變形破壞。

圖1 巷道破壞劃分區(qū)域

3 工作面復(fù)雜圍巖巷道控制技術(shù)

3.1 工作面正常段錨網(wǎng)索支護技術(shù)設(shè)計

11-105工作面回風(fēng)順槽斷面形狀為矩形，毛斷面尺寸為5 000 mm×3 200 mm，凈斷面尺寸為4 800 mm×3 100 mm，巷道斷面整體采用錨網(wǎng)、錨索、鋼帶聯(lián)合支護方式。頂板采用長短錨索聯(lián)合支護布置方式，整體設(shè)計為“五·五”布置，其中“一·五”為短錨索，錨索型號采用φ21.6 mm×5 200 mm的鋼絞線，“二·三·四”為長錨索，錨索型號為φ21.6 mm× 7 200 mm的鋼絞線，間排距1 100 mm×1 300 mm，頂板肩角錨桿距幫300mm、垂直于頂板打設(shè)；幫部采用錨網(wǎng)梁支護方式，幫錨桿“三·三”布置，錨桿規(guī)格為φ20 mm×2 000 mm的螺紋鋼錨桿，間排距為1 200 mm×1 300 mm，底部錨桿距底板為500 mm、頂部錨桿距頂板為300 mm。頂板長短錨索均采用2條Z2388樹脂錨固劑，，錨梁材料選用12號圓鋼制作，長度為4 800 mm的5孔錨梁，幫部錨桿采用高強度托盤，規(guī)格為300 mm×300 mm×14 mm，頂部錨網(wǎng)規(guī)格為2 400 mm×1 300 mm，網(wǎng)眼大小為100 mm×100 mm，搭接長度為100 mm。

圖2 11-105工作面回風(fēng)順槽巷道支護斷面

3.2 工作面超前段支護技術(shù)設(shè)計

工作面運輸順槽超前工作面煤壁線30m范圍內(nèi)采用DW-32(38)-250/110型單體支柱配合HDC-4200型π梁“一梁兩柱”進行支護，棚腿為DW-32(38)-250/110型單體支柱，棚梁為HDC-4200型π梁，排距0.9 m，π梁平行工作面布置。皮帶巷支柱靠工作面?zhèn)染嗝罕?.3 m，靠煤柱側(cè)距吊掛管路0.1 m。單體柱保持一條直線，偏差不大于±0.1 m。破碎機電機減速器在煤壁側(cè)沒有支設(shè)單體柱空間，在行人側(cè)采用懸臂梁方式支設(shè)2根單體柱，安全出口不小于0.8 m。

由于頂板巖層只采用了長短錨索的支護方式，因此需要在地質(zhì)復(fù)雜階段采取錨索防斷措施，具體方式可采用對錨索注水泥漿體，并提前對錨索進行防銹材料處理，同時可以適當(dāng)增大錨索的橫截面積，張拉前將錨索托盤與頂板緊貼，加強錨索的質(zhì)量管理和檢測，保證錨索的使用強度。

3.3 工作面巷道圍巖控制效果分析

在11-105工作面錨網(wǎng)索支護后的巷道進行變形和壓力監(jiān)測，監(jiān)測工程段為100 m，設(shè)置巷道變形收斂監(jiān)測裝置10個和錨索受力監(jiān)測裝置10個，表面位移監(jiān)測采用三角形布點法監(jiān)測位移、每組3個測點，錨索受力采用錨桿測力計進行監(jiān)測、每組1個測力計，處理后的監(jiān)測數(shù)據(jù)如圖3所示。由監(jiān)測結(jié)果可知，頂板最大下沉速率為30.2 mm/d，最終下沉速率不超過0.5 mm/d，平均下沉速率5 mm/d，兩幫最終相對移近速率不超過0.5 mm/d，頂板錨索荷載最大值為39 kN。從圖中可以看出巷道收斂變形經(jīng)歷了加速變形、緩慢變形和基本穩(wěn)定的階段，頂板和兩幫變形量得到了控制并最終趨于穩(wěn)定，錨索能夠充分發(fā)揮懸吊作用，松動圈發(fā)育范圍也沒有進一步增加趨勢，說明工作面回采巷道的支護技術(shù)方案是合理的，巷道完整性能夠達到礦井安全生產(chǎn)的需要。

圖3 巷道監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

4 結(jié)論

三交河煤礦11-105工作面回采順槽圍巖巖性較復(fù)雜，巷道頂板為泥巖夾層，兩幫為煤體，松動圈測試表明巷道圍巖整體發(fā)育范圍在0.8～1.3 m之間，屬于中松動圈圍巖性質(zhì)。在此基礎(chǔ)上，為保證工作面回采順槽的穩(wěn)定性，采用錨網(wǎng)索支護的方式進行巷道控制，工程應(yīng)用中工作面回采順槽圍巖變形收斂速率逐漸穩(wěn)定，巷道完整性得到控制，能夠滿足礦井安全生產(chǎn)需要。