深部动压剧烈区域大断面硐室围岩卸压技术研究

滕鑫麟

（冀中能源股份公司 东庞矿，河北 邢台 054000）

1 概 况

我国煤矿平均采深已达到700 m 左右，并以每年10～25 m 的速度递增。深部岩体所处的“三高一扰动”复杂力学环境使得深井巷道围岩呈现出变形持续时间长、绝对变形量大、收敛速度快等不同于浅部围岩的变形破坏特征，有针对性地开展系统研究具有必要性和紧迫性。

东庞矿深部水平12 采区皮带巷、轨道巷、回风巷在经历采动影响后，发生围岩大变形与支护系统损毁等剧烈矿压现象，需要进行全断面扩刷整修。21215 工作面设计停采线与大巷间煤柱为150 m，12 采区泵站硐室位于停采线与大巷之间，距离停采线约75 m，因此，当21215 工作面推进至停采线附近时，强烈的动压影响使该硐室发生更大范围剧烈矿压现象，甚至发生安全事故。此外，当21215 工作面开采完后，该硐室仍将服务于12 采区其它工作面，常规的支护手段不能满足于21215工作面及强采动影响。

2 硐室内部卸压及控制

东庞矿12 采区大断面集中供液泵站硐室围岩内部卸压控制措施有7 项：①顶板及两帮补打注浆锚索梁桁架；②底板两底角开挖卸压槽；③顶底板单体柱双向强支撑；④两帮煤体内部造穴卸压；⑤囊袋恒阻系统安装及卸压孔洞闭合度观测；⑥采动超前应力观测；⑦巷道围岩矿压监测（包括锚索受力、单体柱受力等）及确定二次及多次卸压时机。泵站硐室总体施工方案如图1 所示。

图1 泵站硐室总体施工方案Fig.1 Overall construction scheme of pump station chamber

3 硐室围岩卸压控制方案关键参数及施工

3.1 硐室顶板及两帮注浆锚索梁桁架

硐室顶板每排补打2 根φ21.8 mm×10 500 mm 长锚索（注浆锚索）加强支护，注浆锚索与顶板夹角约75°，锚索间距约2.4 m，排距为3.2 m，左右两侧锚索距离巷壁约1.3 m，顶锚索上好1 卷S2360 树脂药卷、3 卷Z2360 树脂药卷搅拌至孔底后，施工人员把注浆专用铜管送入锚索孔内进行注浆，采用化学浆液进行注浆加固，注浆压力约3 MPa。注浆完成后及时涨拉锚索，顶板锚索预紧力为130 kN。左右2 根注浆锚索用H 型双钢带梁配套方形大托盘（400 mm×400 mm）、托盘（200 mm×200 mm）及小托盘连接。（顶板锚索自硐室外侧第9 排起每隔10 排回采帮锚索安装1 个锚索测力计共安装4 个顶板锚索测力计），硐室顶板共需锚索数量为92 根。

硐室两帮补打注浆锚索梁桁架（与顶板锚索梁桁架并行施工）。12 采区集中泵站硐室两帮分别补打3 根注浆锚索梁桁架，锚索规格为φ21.8 mm×6 500 mm 注浆锚索，上排锚索上仰15°，下排锚索下俯5°，注浆锚索间距为1.2 m，排距为1.6 m，上排锚索距离顶板300 mm，下排锚索距离底板300 mm，帮锚索上好1 卷S2360 树脂药卷、3卷Z2360 树脂药卷搅拌至孔底后，施工人员把注浆专用铜管送入锚索孔内进行注浆，采用化学浆液进行注浆加固，注浆压力约3 MPa。注浆完成后及时涨拉锚索，两帮锚索预紧力不低于100 kN。帮部上下3 根锚索用H 型双钢带梁配套方形大托盘（400 mm×400 mm）、托盘（200 mm×200 mm）及小托盘连接，形成锚索梁桁架结构，抵御硐室两帮松软煤体整体向外臌出。

3.2 硐室底板两侧切槽卸压及顶底板单体柱双向强支撑

为抵御大断面集中泵站硐室底板煤岩体大范围向外臌出，对硐室底板两侧实施切槽卸压，切槽深度400 mm，宽度为300 m，具体根据现场底板切槽实际变形情况实施多次切槽。为控制硐室顶板下沉量及抵御底板明显向外臌出，硐室巷内布设单体柱对顶底板进行双向强支撑，每排布置3 根单体柱，并配合π 型钢梁支护，单体柱分别布置在距离设备侧帮0.2 m、距离设备侧帮2.4 m 及距离回采侧帮0.2 m 位置处，排距为1.0 m，π 型钢梁规格以4.5 m 长的π 型钢梁为主（同时需配备3.0 m长的π 型钢梁约10 根、3.5 m 长的π 型钢梁约30 根、4.5 m 长的π 型钢梁约107 根），其布置方向与硐室轴向方向相互垂直。泵站硐室巷内单体支柱布置如图2 所示。

图2 泵站硐室巷内单体支柱布置Fig.2 Arrangement of single pillar in pumping station chamber roadway

3.3 两帮卸压孔洞参数及实施位置

卸压孔位于硐室两帮距离底板1.0 m 高度（设备位置处高度可增大至1.5 m），倾斜于巷壁轴向方向45°且上仰3°布置，两帮卸压孔排距为4.0 m，外部小孔直径约133 mm，倾斜布置的小孔孔深约17 m，深部造穴孔深3.0 m，一次出煤量约5 m3。为防止造穴冲孔对两帮浅部锚固体内煤体的破坏，首先对深度为15 m 范围内直径133 mm 钻孔内插入127 mm 的地质钢管，然后钻头通过钢管对深部17 m 煤体内实施造穴，造穴完成后及时封孔。当囊袋系统闭合度达80%左右时，实施二次造孔洞卸压。

4 硐室围岩卸压控制预期效果分析

由图3 大断面硐室围岩位移量观测结果可知，靠近皮带巷测站围岩变形最为严重，且硐室各个测站围岩变形以底板臌起最为明显，3 个断面底板臌起量均超过220 mm，靠近皮带巷侧硐室底板臌起超过500 mm。

图3 大断面硐室围岩移近量变化曲线Fig.3 Variation curve of surrounding rock displacement of large section chamber

截至2021 年4 月30 日，靠近轨道巷侧布置的A 测站（第68 d 对底板局部重新整平，局部卧底约70 mm）顶底板变形量约为210 mm，两帮移近量最大约为130 mm，其中顶板下沉量为50 mm，底板臌起量为160 mm，回采帮移近量为77 mm，大巷帮移近量为53 mm。

硐室中部位置布置的B 测站顶底板变形量约为520 mm，两帮移近量最大约为310 mm，其中顶板下沉量为118 mm，底板臌起量为402 mm，回采帮移近量为200 mm，大巷帮移近量为110 mm，该位置处底臌量较为明显。靠近硐室外部皮带巷侧布置的C 测站围岩变形量最为剧烈，顶底板变形量约为630 mm，两帮移近量最大约为230 mm，其中顶板下沉量为100 mm，底板臌起量为530 mm，回采帮移近量为130 mm，大巷帮移近量为100 mm，靠近皮带巷侧硐室底臌量最为明显。目前，硐室底板臌起量较为明显，而底臌过程正是深部围岩卸压的过程，在保证硐室两帮移近量稳定条件下底臌的发生，对控制大断面硐室两帮围岩具有积极作用。

除硐室底板臌起量外，以上位移量主要发生在造穴施工前。当大断面硐室两帮煤体内部造穴实施后，围岩位移量明显变小，同时围岩移近速度显著降低。因此，以大断面硐室围岩顶板下沉量、大巷侧帮移近量、回采帮移近量为观测指标，充分证明了硐室两帮煤体内部实施造穴取得了良好的围岩卸压效果，硐室围岩变形量发相对较为稳定。

5 结 语

当硐室顶板开始受采动应力影响时，卸压槽受围岩挤压作用顶板围岩发生弯曲下沉，底板臌起明显，特别是深部煤体不断向外挤出，使卸压槽持续被填充、闭合，卸压槽空间持续缩小。硐室巷道采用注浆锚索+单体π 型钢支护后，通过在巷道周围开挖卸压孔洞空间对巷道围岩卸压，两帮变形量及底臌量在可控范围内，未发生明显变形，保障了硐室巷道的稳定，调控效果显著。