动压底鼓巷道支护技术研究

李建伟，程绍强，孙 浩，刘 军

(1.晋城煤业集团古书院矿，山西 晋城 048000;2.华北科技学院，北京 东燕郊 101601;3.北京华安奥特科技有限公司，北京 100000)

0 前言

晋城古书院矿主采15#煤，该煤层巷道布置密度相对较高，形成了近距离巷道群，巷道围岩稳定性差，受扰动后极易发生底鼓变形。由于掘动造成围岩内部破碎，原有的锚杆、锚索支护已难以达到预期的支护效果，大量增加了井下重点工程的维护工程量，不仅影响矿井的正常生产，更对矿井安全造成威胁。

鉴于西二盘区变电所将服务于西二盘区回采的全过程，服务年限在5年以上，为确保矿井安全正常生产，必须采取有效措施对西二盘区变电所等巷道围岩进行加固。

1 工程概况

根据现场围岩条件，古书院矿西二盘区变电所区域注浆加固底板和两帮，先进行注浆加固，再进行注浆锚索施工，暂不对顶板注浆加固。加固范围为西二盘区变电所、进、回风通路及回风巷，加固巷道总长度为154.2m，其中西二盘区回风巷加固长度为80 m(其中回风通路与西二回风大巷往左加固70 m，往右加固10 m)，回风通路加固长度为19.6 m，变电所加固长度为43 m，进风通路加固长度为11.6 m。加固范围如图1所示。

图1 西二盘区变电所区域注浆范围示意图

2 巷道底板及侧帮围岩状况分析

15#煤层直接顶板为 K2石灰岩，厚7.54～11.38 m，抗压强度53.6～212.9 MPa，抗拉强度2.2～6.1 MPa，抗剪强度5.7 ～16.0 MPa，属坚硬型顶板;直接底板为泥岩，平均厚度约2.75 m，其下部为本溪组的铝土泥岩，平均厚度约4.25m，属软弱型，抗压强度12.1～58.4 MPa，抗拉强度0.7～2.0 MPa，抗剪强度 1.9 ～6.6 MPa，吸水率为2.3%，膨胀率为0.68%，软化系数平均0.59。岩层吸水性强，底板稳定性差。

为了分析研究15#煤西二盘区变电所受采动影响巷道围岩变形特征，在西二盘区变电所底板及两帮进行了钻孔围岩结果窥视，窥视结果如下。

2.1 变电所距进风通道口10 m处底板窥视结果

西二盘区变电所距进风通道口10 m处底板窥视结果如图2所示。

图2 西二盘区变电所距进风通道口10 m处底板孔

窥视结果描述见表1。

表1 西二盘区变电所距进风通道口10 m处底板孔窥视结果描述

2.2 变电所距进风通道口10 m处回风巷煤柱侧帮窥视结果

西二盘区变电所距进风通道口10 m处回风巷煤柱侧帮窥视结果如图3所示。

图3 西二盘区变电所距进风通道口10m处回风巷侧帮

窥视结果描述见表2。

表2 西二盘区变电所距进风通道口10 m处回风巷煤柱侧帮窥视结果描述

续表

3 加固方案

巷道围岩控制通常可采取的方法包括棚式支架支护、破碎围岩锚杆及锚索支护、注浆加固［1－2］。根据围岩破坏变形情况，加固工程应在恢复围岩内部结构完整性基础上，加强对巷道围岩的主动支护［3－7］。参考原有支护强度，结合大量的工程实践，在确保工程质量并尽量减小工程量的前提下，确定采用高压注浆［8－9］配合高强锚索支护的综合加固方案。

3.1 底板注浆与锚索支护

二盘区回风巷和西二盘区变电所硐室设计宽度为4.7 m，设计高度为2.6 m，因巷道发生变形，在施工之前，须对巷道高度不够的部位进行起底。

二盘区回风巷和西二盘区变电所硐室底板注浆锚索孔布置如图4所示。锚索注浆各项参数及材料规格见表3。

图4 二盘区回风巷和西二盘区变电所硐室底板注浆锚索孔布置如图(mm)

图4中，(1)地质钻机打孔，注浆锚索钻孔孔深8000mm，下设直径为17.8mm的高强锚索。(2)底板锚索注浆钻孔呈矩形布置，排距2000mm，每排3根锚索，间距1800mm，两侧注浆锚索孔距巷帮的距离为550mm。

表3 锚索注浆参数及规格表

3.2 巷道两帮加固方案

3.2.1 注浆孔布置

浅部注浆钻孔沿巷道断面帮顶成排布置，相邻两排注浆钻孔五花眼［10］布置，注浆孔排距全部3000 mm，间距1100 mm;深部注浆钻孔沿巷道断面帮顶成排布置，相邻两排注浆钻孔五花眼布置，注浆孔排距全部3000 mm，间距1100 mm，注浆孔布置如图5。

图5 巷道两帮注浆布置图

3.2.2 注浆孔参数

注浆孔各项参数见表4。

表4 巷道两帮注浆钻孔参数表

4 效果分析

为验证高预应力锚索、注浆联合支护的效果，在试验巷道共安装5个综合测站对巷道围岩进行巷道表面位移监测，测站布置如图6所示。

巷道表面位移监测曲线(图7)表明:

1)巷道表面位移中顶底板移近量最大为50 mm，两帮移近量最大为34 mm，底鼓量最大为37 mm，巷道变形量总体很小;

2)巷道变形以顶底板变形为主，两帮变形次之，其中底鼓为主要变形，底鼓约为顶底板总变形量的80%;

3)巷道变形量均不大，在控制范围之内，说明注浆、锚索支护系统有效控制了巷道的围岩变形，特别是在动压影响破碎巷道支护中起到了很好的作用。

5 结论

实践证明，高预应力锚索、注浆联合支护可有效控制巷道围岩变形，显著提高围岩的完整性和稳定性，有效控制围岩的有害变形，是动压底鼓巷道安全、有效和经济的支护方式。

技术经济效益分析表明，虽然采用高预应力锚索、注浆联合支护系统支护成本比普通锚杆锚索支护系统略有增加，但是其支护效果好，维护量小，显著提高了采掘效率，具有一定的推广及应用价值。

图6 巷道表面位移监测站布置图

图7 巷道表面位移监测曲线

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