煤矿掘进巷道应力区煤壁片帮治理技术研究

白 帆

(晋能控股煤业集团王村煤业公司，山西 大同 037003)

引 言

针对晋能控股煤业某矿中的1102运输巷，其位于1101工作面东面，在上组煤带下山北侧，在其西部为实体煤，在北部切眼位置设置有一个采空区。对于1102运输巷掘进煤层而言，其类型为石炭系3#煤层，经过勘探发现煤层的平均厚度可以达到1.13 m。在进行掘进的过程中，工程人员可以沿着3#煤层底板开始掘进，通常把巷道掘进的长度设置为495m。在1102运输巷道中，直接顶的成分主要包括如下两种：第一，炭质泥岩；第二，K8砂岩混合岩层，通常平均厚度可以达到7.2 m，而对于基本定而言，其成分主要是以砂纸岩土为基础，其厚度可以达到11.2 m。

在1102运输巷进行掘进的过程中，选用的掘进机型号为EBZ260，当前已经完成掘进机工作560 m。由于在557 m位置时，其成巷相对较差，同时位于直墙处片帮严重，同时片帮深度可以达到1.2 m。此外，经过分析发现在局部位置的直墙与拱部位置出现冒漏现象。通过调用相关资料发现，巷道掘进到580到610位置时，出现四条断层。

1 运输巷片帮原因

1)来自于地质构造影限制，在开采的过程中1102巷在断层的影响下出现顶板不稳定的现象，导致巷道掘进时顶板出现了缝隙现象，与此同时出现局部破碎以及断裂问题，最终出现了应力集中的现象，这样将会导致出现局部片帮问题。

2)支护能力不理想，该巷道巷帮支护选用1.8 m，直径为20 mm的单锚杆支护。在巷道两侧出现应力集中的问题，因此出现了巷帮围岩松动的现象。与此同时在拉应力的作用下，最终导致两帮出现了位移的现象。由于可以看出，在采用单锚杆支护的过程中，锚杆锚端的支护效果不理想，长时间处于应力作用下将大大削弱锚杆预紧强度，从而导致巷帮锚杆出现失效[1]。

3)煤岩体稳定性差。该巷道掘进煤层厚度可以达到1.13 m，巷帮岩体主要是由如下几种混合而成：第一，煤柱；第二，泥岩；第三，K8砂岩。由于存在应力，因此将导致在媒体与岩体结合面位置出现卸压裂隙带。煤体在抗压方面相对薄弱，随着裂纹的逐渐增加，其将会向内部逐渐发育，从而导致煤体出现破碎的现象，最终引发巷帮煤柱出现脱落，从而引发安全以及影响工程的进度的问题[2]。

2 运输巷片帮治理

2.1 注浆加固

1)可以采集巷道片帮与破碎煤体的信息，巷道中煤体裂纹出现了高度发育，与此同时裂纹宽度处于0.2 mm的范围内，以及裂纹长度可以达到3.0 m。假如选用硅酸盐水泥进行加固处理，不能较好地填充裂隙，因此在进行注浆时，往往需要选用高性能的无机注浆材。

2)通常情况下，高新性能无机盐注浆材料平均厚度可以达到5 μm～12 μm。由于此类型的化学材料流动性相对较高，其在静止状态下扩展深度可以达到1.6 m。当加入外加剂的情况下，该化学材料的凝固时间通常在1.5 h以内[3]。

3)工作人员可以在巷帮层打下一排注浆钻孔，通常钻孔深度可以达到2.5 m，相应的钻孔间距可以达到3.0 m，如图1所示，相应的钻孔施工在距巷道底板1.0 m。当完成钻孔后，可以在钻孔位置实施注浆作业，其压力可以设定为1.5 MPa。

图1 1102巷煤壁片帮治理技术施工平面示意图

2.2 迈步式析架锚索支护

为了应对剪切应力对巷帮的威胁，通常可以将巷帮支护设置成为迈步式析架锚索支护。

1)在锚杆巷帮位置设置了两个析架锚索支护，其中将第一排设置在巷道顶板2.0 m位置处，而相应的第二排设置在与顶板之间直线距离为0.7 m位置，同时将两排设置成为迈步式布置[4]。

2)该支护主要包括如下两种单元：第一，两根恒阻锚索；第二，一根析架拉杆。其中恒阻锚索长度与直径分别为：3.5 m、21.8 mm。恒阻锚索长度为3.5 m，直径为21.8 mm。析架拉杆长度为2.0 m。

3)可以在巷帮位置设置两排锚索钻孔，通常钻孔深度可以设定为3.2 m，同时将锚索钻孔与巷道设置成为75°。

4)当已经完成锚杆钻孔后，在钻孔中设置锚注锚索，一般可以将锚索长度设计为0.15 m。当已经布置好锚索工序后，需要在外露锚杆上面布置相应的桁架拉杆。

2.3 安装矩形钢棚

为了能够有效地优化巷道顶板以及巷道的稳定性，可以在断面应力集中环节安装矩形钢棚，如图2所示。

图2 1102运输煤壁片帮联合治理技术施工断面示意图(mm)

1)可以增加钢棚与顶板之间的支护面积，对于1102巷而言，选用提醒双槽刚顶梁作为顶板支护支架，其相应的参数为：槽钢长度可以达到4.2 m，相应的宽度设置为0.15 m，那么对应的梯形顶梁宽度为0.5 m。

2)在掘进的过程中，在565 m位置设置矩形钢棚架，架子之间的间距为1.0 m。通常情况下，钢棚的棚腿以及巷帮位置之间需要设置0.2 m～0.3 m的间隙，同时选用进行水泥背板实施填充。经过架设钢棚后，顶梁与顶板必须保证接触严密，与此同时可以在相邻的两个钢棚棚腿设置防倒拉杆。

3 结语

1)为了能够有效地对巷帮煤柱进行过加固，通常可以选用高性能的无机注浆材料，经过工程实践发现，该方式可以有效地加固巷道煤柱围岩松动圈的破碎情况，进一步有效地提高了煤体抗压强度，从而可以有效地优化锚杆锚固条件[5]。

2)对于巷帮煤柱支护而言，在设置了析架锚索支护后，可以有效地提高了煤柱支护的强度，同时可以产生垂直煤柱内部的作用力，有效地降低煤柱内部向外的拉应力，从而可以有效地降低巷帮的偏移量。

3)实际操作中发现井矩形钢棚设置在巷道应力集中位置，可以极大地提高巷道围岩的稳定性，从而有效地降低顶板垂直应力的作用，最终可以大大提高煤柱的支撑强度以及优化剪切应力对煤柱的影响，从而优化安全性能。