辅助运输巷过破碎带围岩控制技术优化

2019-07-15杨涛

山东煤炭科技 2019年6期

杨涛

（霍州煤电集团吕梁山煤电有限公司木瓜煤矿，山西方山 033100）

巷道围岩控制在煤矿开采当中具有举足轻重的位置[1]。木瓜煤矿南翼下组煤辅助运输巷穿破碎带区域围岩松散破碎，采取锚杆索支护没有很好地发挥其作用。巷道围岩注浆[2]是一种主动加强围岩稳定、提高强度的方法，注浆技术不仅可以改善围岩物理力学性质，还能提高巷道围岩整体性能，能够有效阻止巷道变形，破碎围岩采用注浆加固技术[3]效果比较理想。通过优化改进南翼下组煤辅助运输巷的支护方案，并结合现在注浆围岩加固技术，对辅助运输巷穿破碎围岩带支护进行优化设计。

1 工程概况

南翼下组煤辅助运输巷位于南区集中开拓大巷东侧，工作面以北35m为左翼下组煤皮带巷，以北70m为下组煤回风巷，东部末端至井田内部为推测风氧化带。南翼下组煤辅助运输巷布置在石炭系下统太原组的9#、10#煤层中，煤岩层赋存较稳定。南翼下组煤辅助巷从集中大巷末端后216m处开口，位于采区中部，沿东西方向布置，开口穿层见9#煤顶板后沿煤层顶板掘进。工作面标高范围在+794～+890m，地面标高范围+1035～ +1165m，盖山厚度为241～275m。南翼下组煤辅助运输巷上部直接顶为灰色沙质页岩，层状结构，厚约1.20～2.0m，基本顶为黑灰色石灰岩，底板为黑色沙质页岩，厚约2.60m。

南翼下组煤辅助运输巷有大约10～20m破碎带，现在采用的锚杆索联合支护，在该破碎区域巷道变形较为严重。该区域原设计采用的是锚杆+金属网+W钢带+锚索联合支护方案，具体支护方案见表1所示。

南翼下组煤辅助运输巷遇见的松散破碎围岩带顶板存在高原岩应力，致使南翼下组煤辅助运输巷穿破碎带区域变形严重，位移量超出了围岩控制范围。若支护方式、支护强度不及时优化，此松软破碎软弱巷道在采动影响和地应力双重作用下，极易发生巷道顶板冒落、两帮垮塌、强烈底鼓等危险情况，使得巷道服务年限达不到使用要求，巷道形成一种修护—破坏变形—继续翻修—继续破坏的恶性循环[4]现象。

表1 巷道支护方案

2 优化支护方案

2.1 优化支护方案

为了解决目前巷道穿围岩破碎带支护强度不够的问题，决定在南翼下组煤辅助运输巷过破碎带采用基本支护+加强支护。其中，锚杆+金属网+W钢带称为基本支护方式，锚注+快速承载预应力锚索称为加强支护方式。巷道穿破碎带区域在锚杆索联合支护的基础上进行围岩注浆加固二次支护。

巷道顶板支护材料选择Ф22×2400mm的高强螺纹钢锚杆，间排距为800×800mm，靠近巷帮侧锚杆与巷道顶板垂直方向的夹角为20°；顶锚索材料选择Ф17.8×7500mm的预紧力钢绞线，间排距为1600×800mm，采用五花布置；两帮锚杆材料选择Ф20×2000mm的高强螺纹钢锚杆，间排距为750×800mm，靠近顶板处的锚杆与巷帮垂直方向的夹角20°，靠近底板处的锚杆与巷帮垂直方向的夹角30°；巷道两帮及顶板注浆锚杆采用Ф25×2600mm中空螺纹钢，排距为1600mm。其余W钢带、树脂药卷、菱形金属网等材料配合支护。

在回采之前对破碎围岩带采用二次注浆加固。注浆加固的实质就是将渗透性强的浆液注入破碎的围岩裂隙内，利用浆液的骨架和密实作用将破碎围岩整合成为一个整体，改善围岩的力学性能，提高其承载能力。本次注浆加固是一种新型地质聚合物注浆材料，主要成分为超细水泥和二水石膏，具有不可燃，较强的可注性，可与高分子材料相媲美，其强度和与煤体粘接性较好。呈固体粉末状，是一种快凝、早强型无机双液注浆材料，分为A型和B型，两种浆液在混合前，6h内不凝固、不泌水、不沉淀，注浆时水灰比使用0.8:1，注浆液由注浆锚杆注入破碎围岩中，混合后3～5min失去流动性，10～15min开始固化。

南翼下组煤辅助运输巷过破碎带采用改进后的支护设计平剖面图见图1所示。

图1 辅助巷破碎带优化后的支护图

2.2 支护效果

为了观察辅助巷破碎带优化后的支护效果，在该巷道的破碎带进行了矿压观测。运用改进的“十”字交叉法，在巷道穿破碎带位置布置测试表面位移的测试站点，取其中具有代表性的测试点进行分析。监测测试站点的巷道表面位移量和围岩变形速率见图2和图3。

根据测站的实际观测两帮移近量及顶底板移近量的变化图得到：随着观测天数的增加，巷道的围岩变形先快后慢，最终于第50d时逐渐趋于稳定；由监测所得数据知，测试站点两帮移近量为0.123m，底板移近量为0.221m。由此看出，优化支护方案达到了有效控制辅助巷过破碎带的变形量的目的，使巷道的正常使用得到了保证。从而得出南翼下组煤辅助运输巷过破碎带采取优化改进后的支护方案可行。