动压影响区巷道围岩加固技术实践

2014-12-13王振江

江西煤炭科技 2014年3期

王振江

（郑州煤电公司告成煤矿，河南登封 452477）

告成煤矿位于登封市东南12km 的告成镇，是设计年产量0.9 Mt的中型矿井，1999年投产，2003年产量达到1.2 Mt。告成矿-110m 水平北翼运输大巷（以下简称-110m 运输大巷）担负着矿井运输、通风及排水任务，是矿井生产的咽喉要道，巷道使用断面要求很高。为保障告成矿生产接续，决定在21031工作面采空区东侧，布置13221工作面对-110 m 运输大巷上方的护巷煤柱进行回采。13221工作面共分2段进行回采，其中北段工作面推进方向与-110m 运输大巷走向平行，而南段则与两条大巷走向斜交，这种回采方式使得2个回采区域下方的-110m大巷将经历完全不同的动压影响。因此，为解决跨采过程中大巷维护难题，亟需针对-110m 运输大巷的地质采矿条件研究合理有效的加固技术。

1 工作面概况

13221工作面设计可采走向长度420 m，切巷长150 m，煤层平均厚度3.8m；东为13061、13071、13081工作面采空区，西为21031工作面采空区，南为21021工作面采空区；工作面上、下副巷沿煤层走向布置，上山掘进，上副巷穿过13061、13071、13081工作面采空区等区域；下副巷沿21031工作面上副巷掘进，切巷沿煤层倾向布置，工作面布置见图1。回采期间，需加强对工作面下方-110 m 水平运输大巷的巡巷和观察，并及时采取加固措施。

图1 13221工作面巷道布置平面

2 现有巷道支护存在问题分析

根据-110m 运输大巷地质采矿条件及现有维护状况，虽然大巷埋深较浅，且围岩岩性整体较好，但受周围工作面采动影响后，均存在不同程度的变形破坏，其主要原因如下：

1）由于-110m 运输大巷以碹体支护为主，作为一种典型的被动支护，一方面碹体支护只有巷道围岩变形达到一定程度，挤压碹体时方能承载，使得巷道浅部围岩极易出现离层、破裂，岩体自承载能力严重丧失；另一方面，碹体支护承载能力不足且与巷道围岩表面接触关系较差，在高应力作用下碹体薄弱部位极易失稳、破坏，从而导致整个承载体系失稳破坏。此外，无论采用主动支护或被动支护，支护的实质都是依靠支护体在巷道围岩浅部形成的承载结构去控制巷道围岩变形。因此，如何提高支护承载结构的强度、刚度及结构稳定性是有效控制动压影响巷道围岩变形的关键。

2）-110m 运输大巷不仅承受了13采区和21采区工作面采动影响，而且还承受着大巷上方孤岛煤柱内高集中应力作用，造成巷道长期底鼓。

3 -110m 水平运输大巷跨采扩修段加固支护

根据-110 m 水平运输大巷实测地质剖面，-110 m运输大巷1400～1450m 范围内巷道中下部及底板大多为强度不高的砂质泥岩，巷道两帮位移量和底鼓量较大。该段巷道已难以保障大巷行车安全，故需对巷道进行扩修，扩修后巷道净断面尺寸为5.0m×3.8m。具体支护参数如下：

1）一次锚网支护。-110m 运输大巷扩修段一次支护采用锚网喷支护（见图2、图3），锚杆间排距为0.8m×0.8 m，底角锚杆距底板高度为190mm，并向下扎角15°。锚杆规格为Ф20mm×2000mm，每根锚杆使用2支Z2550树脂锚固剂，锚杆托板规格为150mm×150mm×10mm 鼓型托板，要求锚杆螺母必须用风动扳手拧紧，要求预紧力矩不低于300N.m。

2）喷浆。对巷道表面喷浆前应对巷道支护质量进行全面检查，要求所有锚杆施工质量进行全面复查，经验收合格后方可喷浆。喷浆过程中应力求巷道成型美观，为后期开展二次支护创造条件。

图2 -110m 运输大巷扩修段一次锚网支护断面

图3 -110m 运输大巷扩修段一次锚网支护展开

3）二次支护

（1）如图4～图6所示，在一次锚网支护之间进行二次支护，二次锚网索支护分为A、B两个支护断面，断面A 与断面B交替布置。二次支护锚杆间排距为0.8m×0.8m。二次支护锚杆规格为Ф20mm×3000mm，每根锚杆使用2支Z2550 树脂锚固剂。锚索规格为Ф17.8 mm×6000 mm，每根锚索使用4 支Z2350 树脂锚固剂。锚杆托板规格为150mm×150mm×10mm 鼓型托板，锚索托板规格为400mm×300mm×10mm 平托板，要求锚杆预紧力矩均不得低于300 N·m，锚索预紧力不低于70kN（25 MPa）。

（2）采用Ф6mm高强度钢筋网护表，并沿巷道走向布置钢带或钢筋梯子梁，最大限度发挥锚网支护的整体支护性能。

（3）根据扩修过程中揭露的围岩情况，决定是否进行注浆加固。

图4 -110m 运输大巷扩修段二次锚网索支护断面A

图5 -110m 运输大巷扩修段二次锚网索支护断面B

图6 -110m 运输大巷扩修段二次锚网索支护展开图

（4）为防止跨采影响过程中喷层破坏，二次支护完成后巷道表面暂不喷浆，待跨采影响结束后再喷浆封闭，要求喷层厚度盖住金属网即可。

4 -110m 水平运输大巷跨采灰岩段加固技术

根据-110m 水平运输大巷实测地质剖面，-110m 运输大巷1550～1650m 范围内巷道围岩岩性以灰岩为主，巷道围岩强度较高，考虑到原有一次支护为碹体支护，不仅承载能力差，且碹体后方存在大量空隙，碹体与围岩相互作用关系较差。因此，对该段巷道首先应进行充填注浆，充填碹后方的空隙，提高碹体承载能力，同时应避免注浆压力过高导致碹体破坏，为实施二次锚网支护奠定基础。

1）如图7～图9所示，在碹体支护表面进行二次补强加固，二次锚网索支护分为A、B两个支护断面，断面A 与断面B交替布置。二次支护锚杆（索）间排距为0.9m×0.9m，底角锚杆距底板高度为236mm，并向下扎角15°，底角锚索距底板高度为350 mm，二次支护锚杆规格为Ф20 mm×3000mm，每根锚杆使用2支Z2550树脂锚固剂；锚索规格为Ф17.8mm×5000mm，每根锚索使用4支Z2350树脂锚固剂。锚杆托板规格为150mm×150mm×10mm鼓型托板，锚索托板规格为300mm×400mm×10mm 平托板，要求锚杆预紧力矩均不低于300 Nom，锚索预紧力不低于70kN（25 MPa）。

2）采用Ф6mm高强度钢筋网护表，并沿巷道走向布置钢带或钢筋梯子梁，最大限度发挥锚网支护的整体支护性能。

3）为防止跨采影响过程中喷层破坏，二次支护完成后巷道表面暂不喷浆，待跨采影响结束后再喷浆封闭，要求喷层厚度盖住金属网即可。