趙國(guó)旺

（銅川礦務(wù)局有限公司冶坪分公司，陜西 銅川 727102）

為了滿足煤礦安全、高效生產(chǎn)的需要，掘進(jìn)工作面采用機(jī)械化綜掘設(shè)備，煤礦的掘進(jìn)效率得到了質(zhì)的飛躍，采用機(jī)械化掘進(jìn)煤巷方式不但解決掘進(jìn)速度問題，且煤巷掘進(jìn)費(fèi)用低，因此煤巷或者減少巖巷的巷道布置方式在礦井中逐漸得到重視。 由于煤的力學(xué)性質(zhì)較軟，故煤層巷道的圍巖控制也成了許多煤礦安全生產(chǎn)中的難題。 許多專家學(xué)者針對(duì)煤層巷道的圍巖穩(wěn)定性進(jìn)行了大量的研究，并在煤巷支護(hù)技術(shù)方面取得了突破[1-4]。但由于我國(guó)不同礦區(qū)的煤層賦存條件十分復(fù)雜，不同礦井煤的物理力學(xué)性質(zhì)不同，且煤層所處的地質(zhì)構(gòu)造也不同，以至于沒有通用的煤巷控制技術(shù)[4-6]。以冶坪煤礦1308工作面回風(fēng)順槽為工程背景，通過觀測(cè)巷道表面位移、深基點(diǎn)位移、松動(dòng)圈等方法，分析巷道破壞原因，采取錨注補(bǔ)強(qiáng)方法加固巷道，取得良好效果。

1 工程概況

冶坪煤礦1308工作面開采2號(hào)煤層，回風(fēng)順槽長(zhǎng)度為3 327 m （含1307回風(fēng)順槽一段1 055 m），運(yùn)輸順槽長(zhǎng)度為3 347 m（含1307運(yùn)輸順槽一段1 075 m），工作面平均走向長(zhǎng)度2 106 m，傾斜長(zhǎng)180 m。 煤層賦存較穩(wěn)定，底板標(biāo)高+840～+958 m，煤層厚度2.5 m左右。1308工作面布置如圖1所示。1308回風(fēng)順槽斷面為10.4 m2，原支護(hù)方式為架棚支護(hù)，選用29U規(guī)格的金屬拱支架，支架節(jié)數(shù)共3節(jié)，棚距為0.8 m，安裝的支架與頂?shù)装宕怪?，支架允許誤差為1 m垂線前傾后仰不大于17 mm（±1°）。

圖1 1308 工作面情況和測(cè)點(diǎn)

2 巷道圍巖破壞形式探測(cè)

2.1 巷道表面位移觀測(cè)

巷道圍巖變形破壞主要受應(yīng)力環(huán)境和圍巖強(qiáng)度的影響，由于工作面回采期間支承壓力的影響，導(dǎo)致回采巷道應(yīng)力環(huán)境改變，巷道破壞和變形也趨于復(fù)雜[5-6]。為分析1308回風(fēng)巷變形特點(diǎn)，在1308回風(fēng)巷受回采影響段布置4個(gè)測(cè)點(diǎn)，觀測(cè)巷道表面位移，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)如圖2所示。

圖2 1308 回風(fēng)巷巷道變形特征

通過觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，巷道底鼓最為劇烈，初期變形迅速，在30天內(nèi)，巷道底鼓量約300 mm，30～90天變化趨勢(shì)較為緩和；其中2測(cè)點(diǎn)巷道底鼓量較小，約220 mm，4測(cè)點(diǎn)巷道底鼓量最大，接近600 mm；西幫（正幫）變形量均大于東幫（副幫）。 監(jiān)測(cè)初期1～5天，1#、2#和4#測(cè)點(diǎn)位置，西幫變形量和東幫變形量相差不大，較為接近；監(jiān)測(cè)中期（5～17天），西幫變形速度明顯大于東幫，隨著監(jiān)測(cè)時(shí)間增長(zhǎng)，西幫變形量明顯大于東幫；監(jiān)測(cè)后期（25天后），西幫和東幫變形速度均變緩，趨于穩(wěn)定狀態(tài)。

由圖2可知，巷道頂板變形較小，4個(gè)測(cè)點(diǎn)的變形量均小于100 mm，初期變形量較明顯，30天后，變形均趨于穩(wěn)定。 造成該現(xiàn)象的原因主要是頂板架棚被動(dòng)支護(hù)，支護(hù)強(qiáng)度較高，且巷道沿煤層頂板掘進(jìn)，頂板巖層穩(wěn)定性較好，自身抗變形能力較強(qiáng)。

2.2 深基點(diǎn)位移觀測(cè)

巷道破壞時(shí)，會(huì)引起圍巖內(nèi)部發(fā)生相對(duì)離層變形，通過深基點(diǎn)位移監(jiān)測(cè)，可以判斷圍巖內(nèi)部的松動(dòng)范圍[7-9]。 工作面回采前對(duì)1308工作面在圖1中1#和2#測(cè)點(diǎn)位置的頂板和兩幫安設(shè)不同深度的監(jiān)測(cè)基點(diǎn)。 通過監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，頂板和兩幫的離層量均增加，頂板離層量主要發(fā)生在距離頂板1～2 m 位置，最小離層量?jī)H為11 mm，最大離層量為19 mm，距離頂板0～1 m位置，部分發(fā)生較小離層，如圖3所示。

圖3 1308 回風(fēng)巷巷道離層情況

2.3 松動(dòng)圈發(fā)育情況

回風(fēng)巷施工完成之后工作面開采之前，在1308回風(fēng)巷1#觀測(cè)點(diǎn)對(duì)巷道兩幫進(jìn)行鉆孔窺視，鉆孔深度8 m，鉆孔直徑28 mm，鉆孔窺視結(jié)果如圖4所示。

圖4 鉆孔窺視截圖

巷道幫部圍巖內(nèi)部破壞嚴(yán)重，其中靠近巷壁的淺部存在大量的破碎區(qū)，鉆孔離層、空洞數(shù)量較多，主要分布在距巷壁1.3 m以淺的淺部；而在1.3～2.4 m的中部也存在一定的圍巖破壞，此處的破壞模式基本不再有破碎、離層、空洞，取而代之的是裂隙發(fā)育，局部有一定的離層，破碎區(qū)域明顯減少。

3 巷道錨注補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)方案設(shè)計(jì)

3.1 補(bǔ)強(qiáng)加固設(shè)計(jì)方法

工作面回采前對(duì)1308工作面回風(fēng)巷采取的加固措施，錨索+注漿聯(lián)合支護(hù)方案應(yīng)本著三個(gè)原則：保證支護(hù)的效果、施工操作簡(jiǎn)單化、嚴(yán)格控制整體成本[10-11]。錨注補(bǔ)強(qiáng)加固時(shí)應(yīng)保證錨索端錨強(qiáng)度可靠，從而保證注漿加固效果。

由于巷道兩幫為強(qiáng)度較低的煤體，且?guī)筒科茐妮^嚴(yán)重，當(dāng)使用錨索加固時(shí)，若將錨索錨固端安裝在幫部，將無法充分發(fā)揮錨索的強(qiáng)度特性，且可靠性較低，為了給錨索提供可靠的著力點(diǎn)，將錨索錨固端設(shè)置在頂?shù)装鍑鷰r中，使錨索錨固強(qiáng)度增加。 增加錨索強(qiáng)度，提高支護(hù)系統(tǒng)的可靠性。 錨索封孔采用內(nèi)置封孔方式，防止漏漿。

如圖5所示，采用中空注漿礦用錨索，正方形布置間排距為800mm×800mm，誤差均不超過100 mm，每排4根。 幫部每側(cè)布置兩根注漿錨索，兩幫對(duì)稱布置，下部錨索距底板500 mm，誤差小于100 mm，錨索孔與巷道水平面夾角為10°，誤差不大于5°；上部錨索與下部錨索間距800 mm，誤差不大于100 mm，錨索孔與巷道水平面的夾角為10°，誤差不大于5°。 采用MG 250型注漿系統(tǒng)，配套ZBQ-27/1.5型煤礦用氣動(dòng)注漿泵進(jìn)行注漿。

圖5 錨注補(bǔ)強(qiáng)加固方案斷面

3.2 補(bǔ)強(qiáng)加固效果分析

將表面位移監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)的整理，在圖1中3#和4#測(cè)點(diǎn)位置進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固試驗(yàn)，1#和2#進(jìn)行非錨注對(duì)比。錨注段的最大幫臌量為159 mm，最小幫臌量為61 mm；如圖6、圖7所示，與錨注段相比，未進(jìn)行錨索中空注漿段巷道圍巖變形破壞更為劇烈，測(cè)點(diǎn)的兩幫位移量平均為484 mm，多數(shù)幫臌為非對(duì)稱，靠近工作面的一側(cè)幫（即東幫）臌量相對(duì)較大。

圖6 錨注段變形觀測(cè)曲線

圖7 非錨注段變形觀測(cè)曲線

4 結(jié)語

通過分析支護(hù)體組合方式對(duì)巷道圍巖穩(wěn)定性控制的實(shí)際作用機(jī)理，對(duì)1308工作面進(jìn)行巷道表面位移監(jiān)測(cè)、 深基點(diǎn)位移監(jiān)測(cè)和鉆孔窺視探測(cè)，發(fā)現(xiàn)其巷道主要變形區(qū)域?yàn)榈装搴蛢蓭?，受采?dòng)影響時(shí)，兩幫變形量較大，變形速度較快，破壞位置主要集中在距離巷道幫部0～1.3 m 區(qū)域。 并根據(jù)1308回風(fēng)巷的實(shí)際情況，結(jié)合圍巖變形破壞及巷道賦存條件確定了回風(fēng)巷松軟煤層巷道錨注補(bǔ)強(qiáng)加固的設(shè)計(jì)思路，進(jìn)行錨注段的回風(fēng)巷圍巖穩(wěn)定性控制效果良好，為接續(xù)的其他段回風(fēng)巷圍巖治理提供了技術(shù)參考。