深井孤岛工作面过探巷技术研究

周艳青，程高峰

(冀中能源股份有限公司邢东矿，河北 邢台 054001)

深井孤岛工作面过探巷技术研究

周艳青，程高峰

(冀中能源股份有限公司邢东矿，河北 邢台 054001)

邢东矿2225工作面为孤岛工作面，承受地压大，回采过程中经过2225探巷，巷道围岩破坏剧烈，尤其是底鼓变形严重，初期采取排木垛、打单体等措施在一定程度上控制了探巷顶板下沉，而工作面临近时在煤帮注化学浆形成锚注加固结构使煤体自身强度及承载能力显著增强，锚注加固结构具有较好的整体性和稳定性，从而实现工作面顺利回采。

深井;孤岛工作面;锚注;加固结构

0 引言

深井孤岛工作面压力大，端头及超前支护困难，工作面超前影响范围大，顺槽围岩变形严重，必须合理确定巷道支护参数及加强监测监控管理等采用一系列生产技术措施，才能保证工作面的回采顺利进行，才能实现高效集约化生产。

1 工程概况

邢东矿2225工作面位于2221和2223工作面采空区之间，2225工作面主采2#煤，标高-983～-846 m，煤层结构简单，厚度稳定， 图1为2225工作面平面图。煤层厚度3.8～4.5 m，平均厚度4.29 m，煤层倾角9°～15°，煤层平均倾11°，煤层顶底板情况见表1。2225工作面涉及断层共3条，但也不排除工作面内其他的地质构造异常。

2225工作面水文地质条件简单，2225工作面最大涌水量30 m3/h，正常涌水量2 m3/h，掘进过程中主要受2#煤顶板砂岩水影响，特别是断层附近，裂隙发育，顶板滴淋水将加大。邢东井田各可采煤层的瓦斯含量都不大，无论是同一煤层的深部和浅部，还是上下不同的煤层瓦斯含量都不大，瓦斯含量在0.11～6.67 m3/t之间，属低瓦斯矿井。

表1 2#煤(岩)层综合柱状图

图1 2225工作面平面图

2 工作面巷道支护方式

工作面采用ZY5000/25/50型掩护支架，超前支护采用单体加铰接顶梁支护，超前支护范围20 m。本工作面除切眼外所有巷道均采用全断面一次成巷方法，掘进与支护顺序作业，沿2#煤层顶板掘进。2225工作面运输巷巷道规格为5000×3500 mm， 2225工作面运料巷巷道规格为4500×3500 mm。 2225工作面探巷巷道规格为4500×3500 mm，2225探巷为贯通运输巷与运料巷的巷道。所有巷道顶板支护采用φ22×2400 mm螺纹钢高强锚杆，每孔分别使用S2360和Z2360树脂锚固剂各一卷锚固，配合穹形钢托盘、φ14 mm钢筋梁及φ6 mm冷拔丝金属网片，锚杆间排距700×800 mm；采用φ21.8×8500 mm19股钢绞线锚索加强支护，每孔分别使用S2360树脂锚固剂一卷和Z2360树脂锚固剂两卷锚固，配合2.6 m14#槽钢、钢托盘、木垫板等，五花眼布置，间距1600；两帮支护采用φ20×2400 mm全螺纹锚杆，每孔分别使用S2360和Z2360树脂锚固剂各一卷锚固，配合使用穹形钢托盘、φ14 mm钢筋梁及菱形金属网，锚杆间排距700×800 mm；两帮距顶板1.1 m和2.2 m处分别打设两排顺巷锚索加强支护，锚索采用φ17.8×4500 mm钢绞线锚索，每孔分别使用S2360树脂锚固剂一卷和Z2360树脂锚固剂两卷锚固，配合200×200 mm钢托盘和φ14 mm钢筋梁连锁，三花眼布置，间距1600 mm。图2为2225运料巷支护断面图。

图2 2225运料巷支护断面图

本工作面所掘巷道永久支护均采用锚网+锚索联合支护。在巷道掘进过程中，如遇断层，应根据顶板的实际情况，首先采用锚索加强支护，顶锚杆难以贴顶，不能有效地控制顶板，可采取Φ17.8×4500 mm钢绞线锚索代替顶锚杆，冷拔丝金属网配合菱形金属网的双网支护，缩小间排距，加密顶锚索等措施，如效果不好，可在锚网下加上相应规格的π型钢及单体联合进行加强支护。由于邢东矿其他工作面在回采期间，在巷道应力集中区段内可能发生冒顶事故，冒落高度在3～5 m范围内，用常规锚杆不论按悬吊理论布置，还是按加固拱作用布置都难以奏效。故采用“树脂全长锚固锚杆+金属网”为基本支护，以锚索为补强加固措施的支护形式。其中，锚杆以加固作用为主，旨在使其长度范围内顶板形成整体结构；锚索以悬吊作用为主[4]，旨在把潜在冒落范围内的顶板悬吊在上部稳定岩层上，防止其发生垮落。

3 锚注加固结构承载机理分析

2225探巷初期采用锚网支护，后期通过对煤帮注浆作用形成加固结构，其承载机理主要反映在以下几个方面：

3.1 注浆和固结改善了破碎围岩的物理和力学状态

对于高地应力及受采动影响强烈的巷道，巷道围岩会产生明显的离层、滑动，原生裂隙张开，并产生新的裂纹，围岩松散，单独采用锚网支护，锚固剂与围岩粘结力小，锚杆力学性能不能充分发挥，很难控制围岩变形[4]。注浆可充填和封堵围岩裂隙，隔绝空气[5]，减轻已碎围岩风化，防止围岩被水浸湿软化，注浆后松散破碎围岩被胶结成整体，岩体内聚力和内摩擦角提高，从而显著提高破裂岩体的承载能力；再则岩块受力状态由点荷载、单向荷载、极低约束力下的两向或三向荷载作用转化为较高约束力下的三向应力状态，其峰值强度和变形性能显著提高[1]。

3.2 加锚注浆改变了加固范围内岩体峰后承载和变形特性

在高应力作用下锚网支护巷道煤岩体松散破碎范围大，没有较好的结构性和峰后承载能力，应力向深部转移，加剧深部围岩破坏。注浆加锚研究结果表明，加锚注浆煤体可呈现理想弹塑性特点，峰后不出现应力软化，在产生较大轴向和侧向应变的情况下，轴向应力能维持在较高的应力状态，呈现应力强化特性[6]由锚注形成的加固结构既具有较好的结构性和承载能力，又具有极好让压性，可较好地适应深部高应力巷道的让压要求[3]。

3.3 锚注加固结构的高抗力阻止了围岩深部塑性区的发展

巷道围岩的变形过程是应力释放和转移的过程，也是围岩强度不断降低的过程。高应力巷道围岩在采动影响下围岩大范围破坏，浅部围岩松动破碎，塑形变形区范围也在增加，在高应力情况下，单纯的锚网支护不能阻止塑形区的扩展。实施注浆加固的作用主要是通过固结破碎区岩体来实现的，在最终塑形区形成前，注浆形成加固圈，加固煤岩体承载力[2]。承载能力逐步提高后，其深部煤岩体抵抗变形的能力也逐步提高，引起加固体内应力提高，形成对深部围岩的有效约束[1]，使破裂围岩的残余应力逐步提高，进而阻止了处于峰后软化段围岩应力状态的降低，同时使处于峰前弹塑性区煤岩体的峰值强度得到提高，阻止了围岩塑性区的发展。

4 工作面过探巷现场技术措施

随2225工作面向前推进，经过几次续接支架后，工作面长度增加到126 m，加之工作面一天向前推进2到3 m，推进速度相对较慢，顶板压力显现越来越明显，出现运输巷和运料巷顶板下沉、帮鼓、肩角出现大网兜、頂帮网局部开裂、多根锚杆锚索破断等现象，相应采取了在巷道内局部挑顶扩帮、放网兜、顶板下沉处打单体及补打锚索等措施。最为严重的是巷道底鼓现象，在工作面超前40 m范围内，3到4天时间内最严重的地方底鼓达半米，巷道超前支护段运料巷高度最低时达到1.5 m，为保证安全出口的高度，多次对运输巷和运料巷进行卧底。

随工作面回采，2225探巷顶底板变形严重，在探巷距工作面40 m左右时，在探巷内靠工作面一侧间隔5 m排一个接顶的井字型木垛，木垛上下木梁用靶钜固定牢固，并在探巷分别与运输巷和运料巷交接口6 m范围内布置两列单体加铰接顶梁支护。这在一定程度上控制了巷道顶板下沉。

考虑到工作面推进过程中，顶板压力大，2225探巷两帮煤壁可能严重破坏造成炸帮及巷道顶板冒落，在工作面距探巷20 m左右时，对探巷靠工作面一侧注可以快速凝结的化学浆波雷音，每8 m布置一个注浆孔，孔深两米，用注浆管进行注浆，另外在工作面距探巷6 m时，在工作面对煤壁破碎处再次进行注浆。经过注浆改善了煤壁的力学状态，使煤壁形成一个整体，增强了煤体的承载能力[7]，工作面向前推进到过探巷过程中，煤帮基本完整，在探巷与运输巷交接处巷道高度虽然只有半米，但探巷顶板完整，没有发生探巷顶板垮落现象，运输巷和运料巷围岩也没有出现大的破坏现象，工作面安全推过探巷。

5 结论

1)对于深井高应力巷道围岩变形破坏剧烈，底鼓严重，采用排木垛和支设单体措施可以在一定程度上限制顶板下沉。

2)注浆液固化后，可充填和封堵围岩的裂隙，注浆后松散破碎围岩被胶结成整体，岩体内聚力和内摩擦角得到提高，再者煤岩块受力状态由两向或三向荷载作用转化为较高约束力下的三向应力状态，其峰值强度和变形性能显著提高。

3)锚注加固结构具有较好的整体性、稳定的结构性、较高的承载力和较强的让压与抗变形能力的特性[8]。

[1] 韩立军. 岩土加固技术[M].徐州：中国矿业大学出版社，2005.

[2] 张农. 巷道滞后注浆围岩控制理论与实践[M].徐州：中国矿业大学出版社，2004.

[3] 周华强. 巷道支护限制与稳定作用理论及其应用[M].徐州：中国矿业大学出版社，2004.

[4] 康红普. 煤巷锚杆支护理论与成套技术[M]. 北京：煤炭工业出版社，2007.

[5] 朱伟.高延法.锚注支护技术在高应力裂隙围岩巷道控制中的应用[J].煤矿安全，2006，(04).

[6] 梁苗.云驾岭深部松软破碎岩层大断面硐室锚注支护技术研究[D].邯郸：河北工程大学，2010.

[7] 张连福.软岩巷道锚注支护机理分析及工程应用[D].合肥：安徽理工大学，2005.

[8] 夏向阳.深部高应力软岩巷道锚注支护数值模拟研究与应用[D].青岛：山东科技大学，2003.

ResearchonTechnologyofPassingDetectingRoadwayonIsolatedIslandCoalWorkFaceinDeepMine

ZHOU Yan-qing, CHENG Gao-feng

(XingdongCoalMineofJizhongEnergyResourcesCo.Ltd,Xingtai,054001，China)

The 2225 work face in Xingdong coal mine was a isolated island coal work face of deep mine, the huge pressure caused serious deformation of roadway surrounding rock in the mining processon of passing 2225 detecting roadway , especially the deformation of roadway floor was serious,the roof convergence was controled to a certain extent by these measures of taking the row of crib and installing monomer for safety of passing detecting roadway ,and that the reinforced structure of bolting and grouting was formed through fitting into chemical grouting in the coal body maked strength and bearing capacity of the coal body Significantly enhanced.The reinforced structure of bolting and grouting had good integrity and stability so as to realize mining safety.

deep mine;the island coal work face;bolting and grouting;the reinforced structure

2015-01-12

周艳青(1984-)，男，河北邢台人，硕士，冀中能源股份有限公司邢东矿技术部助理工程师。

TD355

A

1672-7169(2015)02-0065-05