15104运输巷过陷落柱段巷道综合支护技术应用

韩俊文

（阳泉煤业(集团）平定裕泰煤业有限公司，山西 平定 045200）

我国煤矿以井工开采为主，需要掘进大量的地下巷道，由于地壳板块不规律的运动，导致煤层赋存条件复杂多变[1]，在煤层中掘进回采巷道时，有时会遇到复杂构造，如断层、冲刷、陷落柱等。其中陷落柱是由地下流水长期溶蚀石灰岩形成溶洞，后期溶洞受到构造应力作用产生垮塌而形成的不规则圆柱状体，因此也称之为岩溶[2-3]。巷道掘进过程中遇到陷落柱时，由于其周围应力环境复杂、围岩完整性较差，巷道极易发生大变形现象，且普通的支护结构易出现失效，直接影响到矿井的正常生产[4-5]。

裕泰煤业15104 工作面开采15#煤层，工作面整体呈西北高东南低单斜形态，煤层总厚4.24～6.38 m，平均厚度5.31 m，煤层倾角2°～7°，平均6°。煤层上部含一层0.3 m厚的伪顶，为黑色泥岩，易冒落；直接顶为2.9～4.6 m厚的黑色页岩、深灰色砂质页岩互层结构，节理发育，性脆；基本顶为4.4 m厚的灰白色四节石K2石灰岩，石英为主，长石次之，夹泥质条带；伪底为0.1 m厚的黑色炭质泥岩，性脆，具有滑感，含有大量植物化石；直接底为2.1 m厚的灰黑色砂质泥岩，含炭质与植物化石；基本底为4.65 m厚的灰白色细砂岩，质硬。根据地质资料和槽波探视结果，预计15104 工作面运输巷掘进到153 m、193 m、243 m、365 m陆续揭露X11、X13、X2、X12 四个陷落柱，为确保裕泰煤业15104 运输巷过陷落柱时巷道不发生大变形或垮塌破坏，需采用综合支护技术。

图1 采掘工程平面

1 陷落柱区域巷道围岩变形破坏特征

陷落柱区域巷道围岩应力环境复杂、岩体完整性和稳定性较差，其变形破坏特征类似于松软围岩巷道，存在一定的流变现象，巷道围岩具有应力环境恶劣、完整性较差、维护相对困难等特点[4-5]，见图2。受陷落柱构造影响，巷道会出现严重的变形破坏，将直接影响到矿井生产。因此，在过陷落柱构造掘巷时，应采用特殊的围岩控制技术，保证巷道围岩的稳定可靠。

图2 陷落柱构造区域巷道大变形现象

2 陷落柱区域巷道综合支护技术

2.1 陷落柱区域巷道综合控制思路

陷落柱区域巷道围岩应力环境复杂、岩体完整性和稳定性较差，因此在确定该区域范围内巷道控制技术之前提出陷落柱区域综合控制思路，主要包括：

（1）松软破碎围岩强化。陷落柱区域巷道围岩完整性较差，可采用注浆加固、混凝土喷层的方式，强化松软破碎围岩力学性能，提高围岩体自身承载性能。

（2）及时主动支护承载。在构造区域巷道掘进后，及时采用高预紧力锚杆和预应力锚索主动支护承载，约束巷道初掘围岩变形，实现高强度主动承载结构。

（3）支护围岩一体化结构。基于试验巷道生产地质条件，设计合理的支护参数，促使锚网索注支护结构与围岩形成统一承载体，实现围岩支护的协同承载。

2.2 陷落柱区域巷道综合支护技术

15104 工作面运输巷为矩形断面，尺寸5.0 m×3.2 m（宽×高），具体支护参数如下：

（1）松软破碎围岩注浆强化。采用注浆技术进行破碎围岩强化，顶板注浆孔深4.0 m，注浆管长度3.0 m，帮部注浆孔深3.0 m，注浆管长度2.0 m，顶板布置3 根，帮部分别布置2 根，顶板间距1.6 m，帮部间距1.4 m，排距3.2 m，注浆管设置有若干出浆孔，注浆材料采用硅酸盐水泥，水灰比1:1.5，注浆压力2.0 MPa，具体注浆布置参数见图3。

图3 巷道断面注浆孔布置

（2）及时主动支护承载。采用高预应力锚网索实现支护及时主动支护承载。顶、帮锚杆均为长度2.2 m、直径24 mm的左旋高强度锚杆，间排距0.8 m×0.8 m；顶、帮锚杆每排分别布置7 根、5 根，配套规格120 mm×120 mm×10 mm的蝶形防冲托盘，锚固长度不低于1.2 m，预紧扭矩不低于400 N·m，以保证高预应力主动支护结构的形成。顶锚索采用长度6.2 m、直径17.8 mm的钢绞线，间排距1.4 m×1.6 m，每排3 根；帮锚索采用长度4.2 m、直径17.8 mm的钢绞线，间排距1.2 m×1.6 m，每排2根，配套规格300 mm×300 mm×14 mm的蝶形防冲托盘。使用YCD18-310 型张拉千斤配电动泵预紧时，压力表读数不小于50 MPa，金属网采用12#铁丝编制而成的菱形网，规格为5.2 m×1.2 m、3.3 m×1.2 m，搭接宽度不低于0.1 m，搭接处采用铁丝捆绑固定。高预应力锚网索施工时，应保证锚杆预紧扭矩和锚索预应力，形成及时高强度主动支护承载结构，约束巷道初掘围岩变形。具体锚杆和锚索布置参数见图4。

图4 巷道支护断面

3 巷道围岩变形分析

15104 运输巷掘进完成后，采用十字测试法监测了巷道变形情况，巷道表面移近曲线见图5。巷道变形划分为3 个阶段：快速变形阶段（0～50 d）、缓慢变形阶段（50～90 d）以及稳定变形阶段（90 d以后）。巷道掘进90 d后，巷道表面移近量区域平衡；此时，巷道顶底板最大移近约95 mm，顶底板平均变形速度在1 mm/d，两帮最大移近约65 mm，两帮平均变形速度在0.7 mm/d，巷道围岩移近量均较小。由图5可知，15104 运输巷陷落柱区域巷道围岩控制效果良好，陷落柱区域巷道综合控制思路、支护技术参数可靠、合理。

图5 巷道表面移近曲线

4 结语

陷落柱附近巷道围岩应力环境复杂、岩体完整性和稳定性较差，巷道维护相对困难。通过分析陷落柱区域巷道围岩变形破坏特征，提出了陷落柱区域巷道综合控制思路：松软破碎围岩强化、及时主动支护承载、支护围岩一体化结构。采用综合支护技术后，现场监测了巷道变形情况，巷道在掘出90 d后围岩趋于稳定，巷道顶底板和两帮最大移近分别为95 mm、65 mm，巷道围岩移近量均较小，表明陷落柱区域巷道综合支护思路、技术参数可靠、合理。