馬俊杰

（汾西礦業(yè)集團水峪煤業(yè)， 山西 孝義 032300）

0 引言

當(dāng)前，我國井工煤礦開采逐漸向深部轉(zhuǎn)移，深部采掘工作不同程度的面臨高地應(yīng)力環(huán)境下的圍巖控制難題，需要向采掘空間周邊的圍巖施加更高的外部支護力，而且支護方案的設(shè)計應(yīng)更契合具體圍巖條件，增大支護強度、提高支護成本，可能達不到理想效果。面臨深部高地應(yīng)力巷道支護難題，我國煤礦科學(xué)工作者進行了大量研究和實踐，提出了許多卓有成效的支護理論和技術(shù)，積累了豐富的支護經(jīng)驗，指出了深井巷道支護應(yīng)允許合理范圍內(nèi)的圍巖變形，即讓壓支護；提出了外部支護應(yīng)著眼于形成統(tǒng)一的承載結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)與圍巖成為一體，共同承載深部圍巖傳遞的載荷；提出了重視對圍巖進行主動支護，同時更加重視圍巖內(nèi)部注漿支護，提高圍巖強度及承載性能[1-5]?；谶@些研究成果，近年來在深部巷道支護實踐中，錨索注漿技術(shù)的應(yīng)用逐漸增多，對高地應(yīng)力條件下的巷道支護有極強的適用性，針對某煤業(yè)公司深井巷道的圍巖支護難題展開研究，應(yīng)用組合錨索注漿技術(shù)進行支護設(shè)計，并展開支護實踐及效果分析。

1 工程概況

某煤業(yè)公司的采掘接續(xù)工作已延深至-950 m 水平，即礦井的第三水平，目前需要掘進該水平的回風(fēng)大巷，巷道設(shè)計全長1 600 m，巷道斷面設(shè)計為直墻半圓拱式，設(shè)計掘進寬度為5 300 mm、掘進高度為4 300 mm。回風(fēng)大巷為全巖掘進，巷道頂板距離上部6 號煤層20～40 m，整個巷道將持續(xù)向破泥巖、砂巖等掘進，巷道頂板為中、細(xì)粒砂巖，巷道底板為砂質(zhì)泥巖、泥巖及泥質(zhì)砂巖等巖性，巖性及產(chǎn)狀如表1 所示。由于回風(fēng)大巷埋深較大，深井地應(yīng)力特征較為明顯，礦井對地應(yīng)力開展過實測研究，測量數(shù)據(jù)顯示，回風(fēng)大巷掘進區(qū)域垂直應(yīng)力數(shù)值介于10.3～17.5 MPa，最大水平應(yīng)力數(shù)值介于11.5～16.4 MPa，呈現(xiàn)出垂直應(yīng)力高于水平應(yīng)力的特點，說明巷道掘進時的地應(yīng)力還是以垂直應(yīng)力為主，是典型的深井高地應(yīng)力的表現(xiàn)特征。

表1 煤層頂?shù)装鍘r性特征

2 圍巖變形破壞特征及支護難點分析

1）高地應(yīng)力特征明顯。根據(jù)礦井地應(yīng)力實測數(shù)據(jù)，回風(fēng)大巷掘進區(qū)域垂直應(yīng)力數(shù)值介于10.3～17.5 MPa，最大水平應(yīng)力數(shù)值介于11.5～16.4 MPa，呈現(xiàn)出垂直應(yīng)力高于水平應(yīng)力的特點，是典型的深井高地應(yīng)力的表現(xiàn)特征。同時，本水平軌道大巷、聯(lián)絡(luò)石門等巷道掘進過程中，肉眼可見到較為強烈的礦壓顯現(xiàn)。

2）巷道圍巖初始變形迅速、累積量大。由于地應(yīng)力大，當(dāng)巷道掘進后，地應(yīng)力迅速釋放，造成巷道圍巖的初始變形快速積累，一旦支護不及時，就可能造成頂板漏冒事故；或者圍巖變形過大，損毀原有支護，需要進行巷道修復(fù)及重復(fù)支護。

3）深部圍巖蠕變、不易形成承載結(jié)構(gòu)。巷道掘進破壞原巖平衡狀態(tài)，淺部圍巖迅速向掘進空間位移，深部圍巖持續(xù)蠕變，造成較大的圍巖變形，同時，圍巖的持續(xù)蠕變造成支護結(jié)構(gòu)與圍巖的整體性差，不易形成承載結(jié)構(gòu)，全依靠外部支護作用明顯不足，造成支護強度和剛度不足的假象。

4）不適用常規(guī)支護手段。巷斷面較大，增大巷道寬度后，頂板巖層的拉破壞更為明顯，破壞后巖層下沉，進而離層，礦壓顯現(xiàn)強烈，頂板下沉，底板鼓起，兩幫鼓出，局部斷面收縮嚴(yán)重，傳統(tǒng)的錨網(wǎng)索支護方式效果不佳。應(yīng)選擇更合理有效的支護方式，使支護結(jié)構(gòu)與圍巖協(xié)同作用，共同承載，使支護作用更加合理有效。

3 巷道支護方案設(shè)計及應(yīng)用

3.1 巷道支護方案設(shè)計

該工程條件下的巷道支護，應(yīng)突出“讓壓”理念、“加固”理念及“協(xié)同”理念?！白寜骸崩砟钍侵冈试S一定程度的變形，這類變形是外部支護難以控制的，應(yīng)在這類變形釋放后施以正規(guī)支護，方能減輕支護的難度；“加固”理念是指重視注漿加固作用，提高掘進擾動后圍巖的完整性，增強其承載能力；“協(xié)同”理念是指不應(yīng)將外部支護視為獨立結(jié)構(gòu)，而應(yīng)讓外部支護與圍巖結(jié)構(gòu)協(xié)同作用，共同承載，減輕支護壓力和難度[6-8]。基于此，設(shè)計巷道支護方案具體為：常規(guī)錨網(wǎng)噴+注漿錨索聯(lián)合支護方式，即先進行錨網(wǎng)噴常規(guī)支護，再實施組合錨索及注漿支護。

3.2 具體支護參數(shù)設(shè)計

1）常規(guī)錨網(wǎng)噴支護參數(shù)。如圖1 所示，沿巷道周邊均勻施打錨桿，間距700 mm、排距700 mm，每排19根，使用Φ22 mm×3 000 mm 高強螺紋鋼錨桿；普通錨索間距1 400 mm、排距1 400 mm，每排9 根，使用Φ21.6 mm×8 000 mm 預(yù)應(yīng)力鋼絞線錨索；金屬網(wǎng)為孔徑80 mm×80 mm 的鋼筋網(wǎng)，鋼筋規(guī)格為Φ6 mm，連網(wǎng)搭接長度為100 mm，雙股14 號鐵絲連網(wǎng)；噴射混凝土厚度為150 mm，使用C20 級普通硅酸鹽水泥，水泥、沙子、石子的體積比為1∶2∶2，噴射時需要添加約3%的速凝劑。

圖1 巷道支護方案設(shè)計

2）組合錨索參數(shù)及注漿支護參數(shù)。組合錨索由單體鋼絞線錨索組成，每組3 根，每根規(guī)格均為Φ21.6 mm×16 000 mm，成排布置，每排布置4 組，間距2 400 mm、排距2 800 mm。每組3 根錨索中間需要打孔并安裝Φ20 mm 注漿管及Φ8 mm 排氣管，深部注漿孔深4 000 mm，淺部注漿孔深2 200 mm，每組錨索需要同時布置一個深部注漿孔及一個淺部注漿孔，深孔注漿壓力為2.5～3.5 MPa，淺孔注漿壓力為1.5～2.0 MPa。注漿使用標(biāo)號42.5 硅酸鹽水泥調(diào)制的水泥漿液。

3.3 支護效果評價

-950 m 水平回風(fēng)大巷在掘進期間采用了上述常規(guī)錨網(wǎng)噴+注漿錨索聯(lián)合支護方案，由于巷道圍巖整體強度和完整性較好，掘進后在臨時支護保護下，遵循“讓壓”理念，有序?qū)嵤┝顺Ｒ?guī)錨網(wǎng)支護，并延緩實施了噴漿支護，在初始變形基本穩(wěn)定后，實施了組合錨索及注漿支護，成功進行了巷道掘進及支護實踐。經(jīng)過巷道支護后的礦壓觀測，以其中5 個測點的平均值為例，掘進后圍巖破碎有一個變形迅速發(fā)展期，之后實施噴漿支護及組合錨索注漿支護，變形迅速得到控制，最終頂板下沉量累積變形達到62 mm，而臨近軌道大巷使用普通支護時的頂板下沉量接近120 mm，對比情況如圖2 所示；同樣，使用組合注漿錨索支護下底鼓變形量累積值為190 mm，普通支護底鼓累積值為508 mm，對比情況如圖3 所示；使用組合注漿錨索支護下兩幫移近量累積值為100 mm，普通支護兩幫移近量累積值為301 mm，對比情況如圖4 所示。礦壓觀測結(jié)果顯示，設(shè)計的支護方案較好的適應(yīng)了巷道條件，能夠保障巷道圍巖穩(wěn)定及安全生產(chǎn)。

圖2 頂板下沉量變化曲線

圖3 底鼓變形量變化曲線

圖4 兩幫移近量變化曲線

4 結(jié)論

1）對深部回風(fēng)大巷掘進期間面臨的圍巖變形破壞特征及支護難點進行分析，回風(fēng)大巷掘進區(qū)域垂直應(yīng)力數(shù)值介于10.3～17.5 MPa，最大水平應(yīng)力數(shù)值介于11.5～16.4 MPa，呈現(xiàn)出垂直應(yīng)力高于水平應(yīng)力的特點，是典型的深井高地應(yīng)力特征。

2）提出了該工程條件下巷道支護應(yīng)突出“讓壓”理念、“加固”理念及“協(xié)同”理念，并針對性地設(shè)計了常規(guī)錨網(wǎng)噴+注漿錨索聯(lián)合支護方案，即先進行錨網(wǎng)噴常規(guī)支護，再實施組合錨索及注漿支護。

3）采用設(shè)計的聯(lián)合支護方案進行工程實踐，巷道整體圍巖變形控制較好，相比臨近采用普通支護方式的軌道大巷，以其中5 個測點的平均值為例，頂板下沉量控制在62 mm，改善率為48.3%；底鼓量控制在190 mm，改善率為62.6%；兩幫移近量控制在100 mm，改善率為66.8%。整個生產(chǎn)過程中未發(fā)生惡性冒頂片幫事故，安全生產(chǎn)得到保障。