張曉昆

（山西洪洞西山光道煤業(yè)有限公司，山西 臨汾 041000）

引言

光道礦作為資源整合礦井，隨著地表埋藏較淺煤層開采殆盡，采掘逐步向埋藏較深的煤層推進，工作面在工作采掘過程中，受上覆圍巖應力影響，巷道頂板變形嚴重，保證采掘工作面巷道頂板圍巖穩(wěn)定性具有非常重要意義。為此，國內(nèi)諸多學者開展相關研究，戴晨[1]針對恒昇礦9102 工作面沿空掘進巷道受采空區(qū)覆巖運動的影響，巷道變形迅速,位移量大,通過現(xiàn)場圍巖變形觀測、鉆孔窺視、瑞利波探測等方式，設計提出聯(lián)合支護技術加固巷道圍巖，保證礦井的安全回采。本文以光道礦9101 運輸順槽為工程背景，采用鉆孔窺視技術對頂板變形破壞特征進行分析，并優(yōu)化巷道圍巖支護方案，經(jīng)過現(xiàn)場應用驗證，實現(xiàn)了巷道圍巖有效控制。

1 礦井概況

西山光道礦位于洪洞縣城北50 km 西龍門村處，井田面積15.72 km2，開拓開采方式：地下開采、斜井開拓，生產(chǎn)規(guī)模120 萬t/a，9101 工作面位于礦井南五盤區(qū)，現(xiàn)主要開采太原組9#煤層。9101 運輸順槽斷面為矩形，長度1 280 m，巷道與鄰近的9102 采空區(qū)間留設有15 m 保護煤柱。9101 運輸順槽掘進埋深320 m，9#煤層厚度均值4.8 m，直接頂復合頂板（厚度1 m～2 m）、中間夾雜厚度0.1 m～0.5m 泥巖，復合頂板上方為基本頂，巖層為K2 灰?guī)r、厚度13.1 m、堅硬。9101 運輸順槽凈寬4.5 m、凈高2.8 m，頂板用錨網(wǎng)索梁、巷幫用錨網(wǎng)梁支護。頂板用椎20 mm×2 200 mm 螺紋鋼錨桿按照間排距均為900m m 布置，錨索為椎15.24 mm×5 000 mm 鋼絞線，按照間排距2 000 mm、1 800 mm 布置。煤柱幫、采面幫分別采用螺紋鋼錨桿、玻璃鋼錨桿進行支護，其規(guī)格均為椎18 mm×1 800 mm，間排距均為800 mm。巷道圍巖采用錨桿、錨索支護的同時配合采用鋼筋梯子梁、金屬網(wǎng)等護表。

2 圍巖變形破壞機理分析

2.1 巷道圍巖變形機理分析

9101 運輸順槽在原有支護形式下圍巖出現(xiàn)較大變形，在巷道內(nèi)布置測點對圍巖變形進行持續(xù)監(jiān)測，期間發(fā)現(xiàn)巷道頂?shù)装?、巷幫收斂量最大可分別達到350 mm、760 mm，圍巖變形量整體較大。

隨著巷道錨桿支護時間增加，錨桿受力呈現(xiàn)先增加后降低趨勢；在支護完成5 d 后錨桿受力最高、達到40 kN，支護完成30 d 后錨桿受力降至27 kN，較20 d 錨桿受力降低18%?，F(xiàn)場分析發(fā)現(xiàn)，錨桿、錨索錨固端未布置在穩(wěn)定巖層中是導致錨桿受力降低的主要原因。

2.2 巖層裂隙、離層監(jiān)測

施工探測鉆孔并通過鉆孔窺視儀對9101 運輸順槽頂板巖層裂隙、離層情況進行窺視。施工的窺視鉆孔孔深28 mm。9101 運輸順槽頂板巖層巖性分布復雜，部分區(qū)域較為完整，不同層位間出現(xiàn)分布均勻泥巖夾層，泥巖夾層內(nèi)巖體松散、破碎；巷道頂板硬度較大的K2 灰?guī)r內(nèi)部裂隙發(fā)育、局部區(qū)域被白色方解石充填，巖層完整性較差，甚至窺視鉆孔探測期間出現(xiàn)塌孔問題[2-3]。

9101 運輸順槽圍巖受到掘進以及鄰近采空區(qū)頂板巖層垮落影響，導致巷道頂板淺部區(qū)域出現(xiàn)一定程度彎曲變形、多處位置出現(xiàn)離層，特別是頂板巖層中夾矸位置離層情況更為顯著；頂板裂隙由淺部向深部逐漸擴展，不僅惡化頂板穩(wěn)定性而且導致變形量增加。從鉆孔窺視發(fā)現(xiàn)，巷道頂板0 m～2 m 范圍泥巖夾層導致離層，在頂板上覆2 m 離層是該位置處于復合頂板與灰?guī)r交界面、巖性差異大引起；上覆5 m 離層是基本頂K2 灰?guī)r內(nèi)裂隙發(fā)育引起。

3 巷道圍巖支護方案優(yōu)化及效果分析

從鉆孔窺視成果發(fā)現(xiàn)，在巷道頂板上覆0 m～2 m范圍內(nèi)巖體裂隙發(fā)育、破碎，原有錨桿支護方案難以滿足需要[2-3]。為提高巷道頂板淺部巖體支護強度，需增加錨桿長度并適當縮小錨桿間排距，為此，將巷道頂板支護錨桿規(guī)格由椎20 mm×2 200 mm 優(yōu)化至椎20 mm×2 600 mm，間排距由900 mm、900 mm 優(yōu)化為700 mm、700 mm。巷道原支護錨索長5 000 mm、錨固力80 kN，頂板變形量可達到350 mm。通過鉆孔窺視發(fā)現(xiàn)，巷道頂板5 m 位置裂隙發(fā)育、破碎，而5 000 mm以上范圍內(nèi)巖層穩(wěn)定性明顯增加，為此將錨固長度由5 000 mm 優(yōu)化為6 500 mm，錨索布置間排距保持不變，將預緊力增加至180 kN。巷道原支護方案中巷幫錨桿長度均為1 800 mm，現(xiàn)場探測發(fā)現(xiàn)巷幫破碎深度范圍可達1 700 mm 以上，同時巷幫錨桿預緊力隨著支護時間增加損失可達35%。因此，提出增加錨桿長度優(yōu)化巷幫支護；考慮到采面幫采用的玻璃鋼錨桿容易破斷，為此，將巷幫錨桿統(tǒng)一更換為螺紋鋼錨桿，錨桿規(guī)格為椎18 mm×2 200 mm，間排距保持不變。具體優(yōu)化后巷道圍巖支護方案，如圖1 所示。

圖1 優(yōu)化后巷道圍巖支護斷面圖（單位：mm）

4 監(jiān)測效果分析

對9101 運輸順槽圍巖支護方案優(yōu)化后，對圍巖變形進行監(jiān)測。通過為期60 d 監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，巷道頂?shù)装?、巷幫變形量分別控制在105 mm、113 mm 以內(nèi)，同時錨桿以及錨索受力較為均衡。通過對運輸順槽圍巖支護方案進行優(yōu)化，提高了圍巖支護體系強度以及穩(wěn)定性，可為采面巷道安全使用創(chuàng)造良好條件[4]。

5 結(jié)論

光道礦9101 運輸順槽頂板為復合頂板，同時巷道與鄰近采面采空區(qū)間保護煤柱較小，從而導致巷道圍巖存在一定程度應力集中問題。采用鉆孔窺視法對巷道頂板巖層裂隙擴展以及離層情況進行探測，發(fā)現(xiàn)巷道頂板2 m 范圍內(nèi)巖層離層，頂板5 m 位置巖層破碎，根據(jù)鉆孔窺視成果以及探測到的頂板巖層情況，提出通過增加錨桿（索）長度、加密錨桿方式對巷道支護方案進行優(yōu)化[5]，以便提高圍巖支護強度并將錨桿、錨索錨固端布置在穩(wěn)定巖層內(nèi)。現(xiàn)場應用后，運輸順槽頂?shù)装逦灰屏?5 mm，兩幫位移量96 mm，巷道圍巖變形減小，保證礦井的安全回采。