宇昌煤业+550水平材料大巷II段围岩控制技术应用研究

梁小龙

（山西阳城阳泰集团宇昌煤业有限公司，山西 阳城 048105）

1 工程概况

山西阳城阳泰集团宇昌煤业股份有限公司现阶段正在进行3#煤层的采掘工作，3#煤层对应地面标高 +700～+850m，井下标高 +575～+605m，地面为荒坡和山地，无建筑物和小井等。3#煤层平均厚度约为4.8m，煤层倾角3-8°，煤层走向近南北，倾向东西，煤质硬度为f=1-2，全区稳定可采。3#煤层顶底板多为泥岩，其顶底板岩层详细的特征如表1所示。3#煤层采用“综采放顶煤”的采煤方法进行回采，采高2.0m，放顶煤高度2.8m。3#煤层主采水平井下标高为+550m，此次研究的对象为+550水平材料大巷II段，其位置详情如图1所示，+550水平材料大巷II段（下文中简称为材料大巷）位于+550水平皮带大巷北侧，各个大巷间煤柱宽度为30m，材料大巷巷道矩形断面为5.0×3.5m，巷道总长度为970m，在为3#煤层回采工作面服务期间，该区域的大巷局部巷段围岩出现明显的变形现象，本文以材料大巷为研究对象，意在解决+550水平各条大巷围岩过度变形的问题。

表1 3#煤层综合柱状图

图1 +550水平材料大巷II段位置关系图

2 材料大巷变形破坏特征分析

2.1 材料大巷原有支护方案

宇昌煤矿材料大巷为矩形断面，断面尺寸为5.0×3.5m，沿煤层底板掘进，为全煤巷道，原有支护方式为锚杆＋锚索+梯子梁+金属网联合支护。①顶板支护，顶板锚杆采用Φ22－M24－2400mm螺纹钢锚杆，锚固剂采用一支K2360和三支M2650树脂锚固剂，锚固方式为全长锚固，顶板每排布置6根锚杆，间排距900×1000mm，距离巷帮250mm，锚杆间采用直径14mm的钢筋梯子梁联结，顶网采用网孔尺寸为40×40mm的经纬网，网片尺寸长×宽=5400×1050mm，所有锚杆垂直顶板施工；顶板锚索采用长度为5300mm的预应力钢绞线，采用“二二”布置，间排距为1800×2000mm，锚固剂为两支K2365和三支M2650树脂锚固剂，锚索垂直顶板安装。②两帮支护，两帮锚杆规格与顶板相同，间排距为950×1000mm，每排4根，靠近顶底板的锚杆分别举例顶板、底板250mm、400mm，金属网采用网孔为40×40mm的经纬网，网片尺寸长×宽=3300×1050mm。

2.2 材料大巷围岩变形现状分析

为具体了解材料大巷在现有支护条件下围岩的变形情况，对3#联络巷和2#联络巷间970m材料大巷整个巷段的围岩位移进行现场监测，并在不同变形特征的巷段进行顶板窥视[1～2]，以2#联络巷为起点，根据里程标记巷段，汇总得到材料大巷变形情况如表2所示。

表2 材料大巷围岩破坏特征

根据对材料大巷顶板的钻孔窥视结果表明，在围岩破碎和严重变形的巷段，顶板岩层0～1.5m深度范围内存在多处环向裂隙，1.5～3.5m围岩破碎严重，多处出现明显的空洞，4～6.5m存在多个较大的纵向裂隙，根据窥视结果可知，此类巷段顶板岩层的破碎带深度可达6.5m，围岩主要为碎胀破坏，而原有支护锚索长度仅为5.3m，无法将顶板破碎岩层悬吊在坚硬岩层内[3～4]，因此设计采用注浆+锚网索进行返修。材料大巷顶板轻微下沉的巷段窥视结果表明，环向裂隙、竖向裂隙和围岩较为破碎等情况多位于深度0～2.2m深度范围内，顶板破碎带深度在2.4m以内，顶板下沉主要由于顶板锚索的强度不足，因此设计采用强力锚索进行补强支护。材料大巷围岩完整的巷段，顶板破碎带深度在2.0m以内，原有支护能够有效的控制围岩变形，决定暂不采取补强措施。

3 材料大巷围岩变形控制技术

3.1 围岩破碎和严重变形段围岩控制技术

1）围岩注浆。材料大巷围岩破碎段（0～60m）和严重变形段（345～670m）需要进行注浆加固，在进行钻孔注浆前，首先在巷道表面扫喷约100mm厚的C30水泥混凝土，防止浆液从围岩表面渗漏，顶板注浆孔采用“四三四”布置方式，孔间距为1600mm，排距为2000mm，每帮布置两个注浆孔，间排距为2000mm，注浆钻孔的布置详情如图2所示，顶板和两帮注浆孔的深度为6.0m、7.0m、8.0m不等，主要根据顶板钻孔的窥视结果调整，注浆孔直径为36mm，采用埋管注浆技术，注浆管直径为30mm，注浆管深入孔内距离孔底500mm，采用水泥、水玻璃浆，注浆压力为 5～7MPa。

图2 注浆孔布置示意图

2）扩巷后锚杆锚索支护。对于围岩破碎段和严重变形段围岩注浆后，对顶板和两帮进行扩刷，恢复材料大巷设计断面后采用锚网索梁联合支护：①顶板支护，顶板锚杆采用Φ22－M24－2400mm螺纹钢锚杆，每排5根，间排距为1100×1000mm，锚固方式为树脂加长锚固，采用MSK2335和MSZ2360树脂药卷各一支，锚固长度为1.2m，锚杆间钢筋梯子梁由14#圆钢焊制，顶板和两帮金属网改为网孔为30×30mm的菱形网，所有锚杆均垂直顶板安装，安装时预紧力为400～500N·m。顶板锚索采用长度8300mm的强力锚索，锚索采用“五花”布置，排距为1000mm，两个锚索时间距1800mm，三根时间距1700mm，垂直顶板安装，采用一支MSK2335和两支MSZ2360树脂药卷加长锚固，锚固长度1.97m；②两帮支护锚杆规格和顶板相同，间排距为1000×1000mm，两帮锚索采用长度4300mm的强力锚索，间排距为2000×2000mm，锚索距离顶底板高度为750mm。材料大巷围岩破碎段和严重变形段支护详情如图3所示。

图3 扩巷后支护断面图

3.2 轻微变形段围岩控制技术

材料大巷顶板轻微下沉的巷段，对围岩进行扩刷后重新进行支护：①顶板支护采用长度为4300mm和8300mm的强力锚索，短锚索每排5根，间排距为1100×1000mm，均垂直顶板安装，长锚索采用“五花”布置，排距为1000mm，三根时间距1700mm，两根时间距1800mm，顶板金属网采用网孔30×30mm的菱形网，长、短锚索均采用一支MSK2335和两支MSZ2360树脂药卷加长锚固；②两帮支护，两帮锚杆采用原有锚杆，锚固剂为MSK2335和MSZ2360树脂药卷各一支，间排距为1000×1000mm，帮锚索与顶板短锚索相同，间排距为2000×2000mm。支护详情如图4所示。

图4 顶板轻微下沉段支护方案

4 材料大巷围岩控制效果

为考察对于材料大巷围岩的控制效果，在返修后的材料大巷内和临近的皮带大巷II段内分别布置围岩位移监测点，经过为期一个月的监测得到图5所示的结果，材料大巷围岩变形严重段通过注浆+锚网索联合支护后，其巷道变形量相对于临近的皮带大巷显著的减小，断面收缩量约为皮带大巷的四分之一。材料大巷顶板轻微下沉的巷段，采用优化后的支护方式其围岩位移量也显著的减小。总体而言，返修后的材料大巷围岩稳定性很好，能够满足其安全正常使用的需求。

图5 材料大巷围岩位移变化特征

5 结论

宇昌煤业+550m水平材料大巷II段成巷后，围岩出现明显的变形现象，通过现场围岩位移观测及顶板钻孔窥视分析其围岩变形特点，根据巷道围岩的变形和破碎情况对材料大巷进行分段，设计对围岩破碎段和严重变形段采用围岩注浆+锚网索联合支护技术进行返修，对于顶板轻微下沉段采用锚杆+强力锚索进行支护，应用过程中进行围岩位移监测，返修后的材料大巷围岩稳定性很好，该方法可用于该区域各个大巷的返修。