西曲矿12315运输巷矿压显现特征及支护技术

刘鹏程

(西山煤电(集团)有限责任公司 西曲矿， 山西 古交 030200)

1 工程概况

山西西山煤电股份有限公司西曲矿12315工作面井上位于原南坪村北部、西黄坡茆东部，盖山厚度174～226 m. 工作面井下位于南三盘区中西部，南部为正在回采的12316工作面，北部为22101、22102工作面采空区，西北部为12306工作面采空区，工作面沿2.3#煤层施工，该处2.3#煤厚度稳定，4.12～4.75 m，平均4.43 m，煤层整体倾向西南，倾角2°～7°，一般为4°. 2.3#煤结构复杂，下部普遍含有一层炭质页岩夹石，夹石厚度变化不大。2.3#煤直接顶为1.30 m的砂质泥岩，直接底为1.6 m的泥岩。其中，顶板砂质泥岩抗压强度为56.46 MPa，软化系数为0.94，普氏硬度系数5.77，抗拉强度12.05 MPa，底板泥岩抗压强度为49.97 MPa，软化系数为0.74，普氏硬度系数5.09，抗拉强度8.40 MPa. 12315工作面开切眼长度为230 m，推进长度为2 550 m，采用综合机械法一次采全高，12315工作面共布置两条回采巷道(运输巷和轨道巷)，12315运输巷成巷后，巷道围岩变形量较大，为确保工作面的安全正常回采，需采取适当的措施保证其服务期间围岩的稳定性。

2 12315运输巷支护现状

2.1 原支护方案

12315运输巷服务于12315工作面，用于运煤和进风，掘进断面为宽5 700 mm×高3 650 mm，巷道沿2.3#煤层底板掘进，巷道采用锚杆+钢带+锚索支护，顶板和两帮锚杆采用d20 mm×2 600 mm 高强预应力锚杆，间排距为700 mm×700 mm，顶锚杆为矩形布置，每排打设8根。帮锚杆每排五根，第一排帮锚杆距顶板为350 mm. 顶板锚索采用d21.6 mm长8.8 m的钢绞线，锚索间排距为1 400 mm×2 100 m.钢带长5.1 m，宽0.28 m，厚3 mm. 顶锚杆采用全长锚固，注顶锚杆时先注入两支MSZ23/25树脂药卷，再注入一支MSK23/25树脂药卷。每根锚索采用三根 MSZ23/80 型树脂锚固剂。顶板和两帮采用菱形金属网，网格尺寸为100 mm×100 mm. 12315运输巷掘进期间，永久支护断面见图1.

图1 12315运输巷原支护方案图

2.2 围岩变形特征

12315运输巷掘巷成功后，在临近12316工作面采动影响下，出现了明显的失稳变形现象。为了解巷道围岩变形的具体情况，在12315运输巷内布置综合测站[1-2]，对 12315 运输巷表面位移进行监测，测站的布置见图2a)，由于篇幅所限，仅将典型的监测结果给出。图2b)为10#测站的监测结果，横轴为与12316工作面的距离，正值表示此时测点在12316工作面前方，负值表示工作面已推过相应位置。由图2b)所示结果可以看出，在未受采动影响时(工作面前方275～134 m)，巷道围岩变形量很小；工作面推进至距测点30 m左右时，超前支承压力作用下巷道围岩开始变形，且变形速度逐渐加快。由此可知，采动影响是巷道变形的主要因素，最终监测到巷道顶板的相对移近量远大于两帮的移近量，围岩变形的主要形式是顶板下沉和底板底鼓。图2c)为测点5监测结果，临近的12316工作面推过测点约119 m以后，12315运输巷仍在变形，顶底板和两帮围岩的变形基本同步进行，围岩变形形式以底鼓为主，围岩的持续变形约持续了3个月，最终顶板下沉量约400 mm，底板底鼓量约1 000 mm，两帮移近量约 300 mm，巷道底鼓量明显大于其顶板和两帮的变形量。综上可知，受到临近12316工作面采动影响时，12315运输巷主要变形形式为顶板下沉和底鼓，工作面推进过后，巷道主要变形形式为底板底鼓。

结合矿压监测结果和现场调研可知，12315运输巷围岩变形主要表现为以下特征：1) 受采动影响剧烈，临近工作面采动影响下，巷道破坏形式以顶板变形为主，距切眼140～1 500 m，顶板锚杆断裂数达185根。2) 巷帮剪切破坏严重，顶板下沉作用下，顶板处破坏深度最大，由上而下逐步减缓，煤帮剪切破坏后产生片帮并向巷道内移动。3) 底板遇水膨胀，在临近工作面推进过后，巷道破坏形式以底鼓为主，顶板淋水严重的区域，巷道顶板变形越为严重，底鼓量最大达1 500 mm.

3 支护方案优化设计

根据以上研究分析可知，12315运输巷变形可分为两个阶段，采动影响下变形以顶板下沉为主，采动结束后，变形以顶板淋水严重，底板遇水膨胀底鼓为主。12315工作面回采期间，12315运输巷将面临同样的支护问题，为保障其服务期内的安全使用，需对12315运输巷返修的支护方案进行优化，基于上述研究，设计采用“强顶强底”的支护理念[3-4]. 具体支护方案：顶板和两帮锚杆杆体采用型号为d22 mm×2 500 mm的 HRB335 钢筋，每根锚杆采用MSZ23/60型和MSK23/60型树脂锚固剂各1支，安装时扭矩不小于240 N·m，锚固剂与岩体的锚固力不小于110 kN，锚杆配套尺寸为 150 mm×150 mm×8 mm的Q235钢制托盘，顶板锚杆配套使用规格为BHW-280-3.0-5.1的W型钢带，顶网采用由d6 mm 的 Q235 钢筋焊制的钢筋网，网格规格为100 mm×100 mm，两帮采用塑钢网，搭接宽度为100 mm. 顶板采用规格为d21.6 mm×8 800 mm的钢绞线，间排距为1 200 mm×700 mm，托盘采用 300 mm×300 mm×16 mm 碟形钢板，每根锚索采用3支MSZ23/60 和1支 MSK23/60 树脂锚固剂，所有锚索垂直顶板施工，锚固力不小于300 kN，并增加锚索托梁，托梁由16#槽钢制成，两孔间距为1.2 m，托梁总长度为1.8 m. 为避免底板遇水膨胀，增加底板隔水措施，巷道断面扩刷后，在底板铺设一层厚为 50 mm 的生石灰粉，然后再在底板和排水沟内铺设厚 100 mm 的C30混凝土，并添加防水剂。12315运输巷优化后的支护方案见图3.

图3 12315运输巷返修支护图

4 12315运输巷围岩控制效果考察

采用上述支护方案对12315运输巷进行了返修和加固，为考察其支护效果，在12315工作面回采期间，超前工作面适当距离布置测站，对巷道的顶板离层量和表面位移进行监测，顶板离层仪布置在巷道中部，采用LBY-3离层仪，深部基点在顶板向上9 m处，浅部基点在2.3 m处，整理得到的监测结果见图4a)，测点距工作面30 m以外时，深部基点离层量维持在4 mm左右，浅部基点离层量维持在2.5 mm左右，顶板离层量很小，可以说明，无采动影响时，顶板稳定性良好。当与工作面距离在30 m范围内并逐渐缩小时，顶板离层量迅速增大并逐渐趋于平稳；当工作面回采至测点附近时，深部最大离层量约为33 mm，浅部约为24 mm，离层量仍然很小，能够满足工作面安全正常生产的要求。巷道围岩位移量监测结果见图4b)，超前工作面60 m以上时，巷道两帮移近量和顶板下沉量基本为零，仅巷道底板出现轻微的底鼓，再次说明无采动影响时，巷道围岩稳定性良好；距工作面距离小于30 m时，巷道围岩的变形速度均显著增大；而当工作面回采至测点后，围岩的变形速率趋近于零，最终最大底鼓量为208 mm，顶板下沉量为60 mm，两帮移近量为73 mm，能够满足工作面正常安全生产的需求。

图4 巷道矿压显现监测数据图

5 结论和建议

西曲矿12315运输巷成巷后围岩出现了明显的失稳破坏现象，通过现场实地观测得知，12315运输巷变形可分为两个阶段：1) 临近工作面回采动压影响下，围岩的破坏形式以顶板下沉为主。2) 采动结束后，顶板淋水严重，围岩变形以底板遇水膨胀底鼓为主。为保证12315运输巷服务期间的围岩稳定，根据其围岩变形特征，提出“强顶强底”的支护理念，采用增加顶板锚索数量和底板隔水的措施，通过现场应用及矿压观测得出，顶板离层量和围岩位移量均在合理范围内，能够满足工作面正常生产的断面需求，取得了良好的支护效果。