厚煤层大断面胶带运输大巷强顶弱帮围岩控制技术

2019-12-12范永平

煤 2019年12期

范永平

(潞安集团左权五里堠煤业有限公司，山西左权 032600)

1 工程概况

五里堠煤业下组煤(15号煤层)集中胶带运输下山位于进风井下组煤集中进风大巷东侧，主要用于连接采区进风大巷与进风井，满足采区的运输要求，巷道断面为直墙半圆拱形，采用炮掘施工，沿煤层底板掘进，巷道净宽为4.7 m，净高为3.85 m， 15-3号煤层厚度为5.6～6 m，倾角9～16°，煤层节理裂隙较发育，煤层之上为泥岩伪顶，厚度0.54～0.9 m，基本顶为中粒砂岩，均厚14.86 m，直接底为泥岩，均厚4.4 m，基本底为细粒砂岩，均厚4.7 m，根据煤层顶底板岩层的情况可知，巷道围岩的特征为顶强帮弱。

原有支护采用锚网索支护，顶板采用D20 mm×2 400 mm的螺纹钢锚杆，间距900 mm，排距900 mm，锚索采用D17.8 mm×6 500 mm的1×7股钢绞线，每个断面打设3根，间排距为1 300 mm×1 800 mm，两帮采用D16 mm×1 800 mm的A3钢锚杆，间排距为750 mm×900 mm，巷道表面铺设钢筋网，并采用325号矿渣水泥配设厚度为120 mm的C20混凝土喷浆层，具体支护断面如图1所示。巷道在原有支护下两帮变形量大，最大变形量为0.85 m，考虑到巷道作为下组煤大巷，现有支护方案不能保障巷道围岩的稳定，拟对巷道帮部采用注浆加固措施。

图1 巷道原有支护方案断面(mm)

2 围岩控制技术

2.1 方案设计

通过分析下组煤(15号煤层)集中胶带运输下山在原有支护方案下的围岩变形情况，提出采用浅孔+深孔注浆结合锚索进行联合的补强支护措施，进一步对巷道两帮围岩进行控制，借鉴相关矿井经验并通过数值模拟，设计巷道帮部浅部注浆孔和深部注浆孔的深度分别为1.5 m和5 m，注浆加固材料采用水泥-水玻璃双液浆，水泥浆液的水灰比为0.7～0.8，水泥浆与水玻璃浆液成1∶1进行等比例注入，具体浅部注浆与深部注浆的各项参数如下：

1) 浅部注浆。在浅部注浆作业前，由于原有巷道待注浆区域喷浆层剥落比较严重，为保障注浆加固效果及护表强度，对巷道原有喷浆进行凿除，重新在巷道表面喷射厚度为120 mm的C30混凝土，喷浆使用水泥标号为425号普通硅酸盐水泥，浅部钻孔的孔径为50 mm，孔深为1 500 mm，间排距为1 000 mm×1 500 mm，注浆花管呈二二布置，孔口采用麻绳+锚固剂的方式进行封孔作业，封孔长度为0.3 m，在进行浅孔注浆作业时，使用间歇式注浆方法，设置注浆压力为1～2 MPa，浆液的扩散半径为1.5 m左右[1-2]，注浆加固结束的标准为注浆压力达到2 MPa，并稳定在2 MPa的时间长达15 min，浅孔注浆作业时为充分保障注浆加固效果采用自上而下、隔行跳注的方式。

2) 深孔注浆加固。待浅孔注浆加固结束3 d后，开始深孔注浆的打孔作业，深孔孔径为50 mm，深度为5 500 mm，垂直于巷道打设，注浆孔间排距为1 000 mm×1 500 mm，深孔呈二一二布置，孔口同样采用麻绳+锚固剂的方式进行封孔作业，设置注浆压力为3-4 MPa，浆液的扩散半径约为1.5 m，当注浆压力达到4 MPa，并稳定在4 MPa的时间持续20 min以上时即可停止注浆作业，深孔注浆采用间歇式注浆方式，注浆顺序同样为自上而下、隔行跳注的方式。

具体浅孔和深孔注浆浆液的扩散半径如图2所示。

图2 浅孔与深孔浆液扩散半径示意(mm)

3) 帮部补强锚索。为充分保障巷道帮部围岩的稳定，深孔注浆加固后，在巷道两帮补打锚索，锚索采用D17.8 mm×5 500 mm的1×7股钢绞线，设置锚索的预紧力不小于150 kN,两帮补强锚索在距巷道底板0.6 m的位置处打设，间排距为1 000 mm×1 000 mm，锚索外露长度200～350 mm，托盘规格为300 mm×300 mm×16 mm，拱形托盘，拱高不小于60 mm，每个锚索孔安装1支K2335与2支Z2360树脂锚固剂，并采用由D16 mm钢筋焊接而成、钢筋间距为60 mm、孔大小均为60 mm×60 mm的钢筋梯子梁将巷帮锚杆与锚索连接为一个整体。锚索布置示意如图3所示。

图3 帮部补强锚索示意

2.2 效果分析

为有效分析下组煤(15号煤层)集中胶带运输下山采用注浆加固+补强锚索的支护效果，采用十字布点法对巷道的表面位移进行了持续观测，根据观测数据整理得到巷道表面位移曲线，如图4所示。

图4 补强支护后巷道围岩变形曲线

由图4可知，采用注浆加固+补强锚索的支护方式后，巷道围岩的变形量主要出现在补强方案实施后的0～24 d，两帮最大变形速率为11.66 mm/d，顶底板移近量的最大变形速率为5.83 mm/d，在围岩补强支护方案实施30 d后，巷道围岩的移近量基本稳定，表明巷道已经处于稳定状态，最终两帮的最大移近量为170 mm，顶底板的最大移近量为90 mm，由此可知巷道两帮在采用注浆加固+锚索补强支护后，巷道两帮变形量大的问题得到了有效解决。