李村煤矿西翼胶带大巷大断面巷道围岩控制技术研究

2023-12-04屈阳

煤炭与化工 2023年10期

屈阳

（山西潞安矿业集团慈林山煤业有限公司李村煤矿，山西长治 046600）

李村西翼胶带大巷埋深大，巷道围岩软弱破碎，掘进扰动大，传统锚杆支护理论[11]不适合此类条件下的巷道围岩控制，需要分析大断面巷道变形机理以及深部巷道锚杆、索加固机理[12]。此次根据李村煤矿西翼胶带大巷实际工程地质条件，以锚杆支护围岩强度强化理论为指导[13-15]，确定胶带大巷的修复加固方案，以期优化围岩控制参数，降低围岩的变形量，达到深井大断面巷道围岩长期稳定的目的。

1 概况

西翼胶带大巷设计长度2 032.5 m，设计断面为矩形，掘进断面为23.58 m2，掘进宽度5 240 mm，掘进高度4 500 mm，支护采用锚网索梁喷联合支护方式。西翼胶带大巷为全煤巷施工，沿3 号煤层掘进，根据三维地震勘探资料、附近地质钻孔资料以及矿井实际揭露地质资料，西翼胶带大巷煤层倾角为3°～11°，煤层顶板最高点在巷道开口处，预计标高+361.25 m，最低点在里程1 817 m处，预计标高为+210.85 m，最高点和最低点高差约为151 m。

西翼胶带大巷巷道伪顶为泥岩，黑色，含植物化石，厚0.7～1.1 m；直接顶为砂质泥岩，灰黑色，厚层状，含植物化石，厚0～2.4 m；老顶主要为粉砂岩，灰黑色，厚层状，厚6.9～7 m；直接底为砂质泥岩，灰黑色，厚层状，厚1～1.4 m；老底为细粒砂岩～粉砂岩，灰黑色、灰色，中厚层状，节理发育，层厚2.9～3.2 m。

结合矿井实际揭露地层情况，本巷道正常涌水以顶板砂岩裂隙水为主，预计涌水量为3～8 m3/h。该巷道位于井田东部区域，正常情况下不存在突水危险，但遇断裂构造可能存在导水裂隙导通奥灰水，因此，在掘进期间应严格执行矿井相关防治水规定，做好超前钻探工作。

2 巷道地质力学评估

根据锚杆支护技术规范的要求，巷道进行锚杆锚索支护设计前应对巷道围岩进行地质力学评估，包括现场地质条件和生产条件调查、煤巷围岩物理力学性质测定、围岩结构观测、地应力测量和锚杆拉拔力试验，评估结果证明锚杆支护结果可行时，方可进行锚杆、锚索支护设计。

根据评估结果，李村煤矿西翼胶带大巷围岩稳定性分类结果为III 类中等稳定围岩，采用锚杆锚索支护可行。根据煤炭系统1988 年颁布使用《我国缓倾斜、倾斜煤层回采巷道围岩稳定性分类方案》，李村煤矿西翼胶带大巷推荐采用的支护方式和支护参数主要分为两种情况。

顶板较完整地段，采用锚杆+钢筋梁或桁架，锚杆锚固采用端部锚固，杆体直径16～18 mm，锚杆长度1.6～2.0 m，间排距0.8～1.0 m，设计锚固力64～80 kN。

顶板较破碎地段，采用锚杆+W 钢带（或钢筋梁）+网，或增加锚索、桁架+网或增加锚索，锚杆锚固采用端部锚固，杆体直径16～18 mm，锚杆长度1.8～2.2 m，间排距0.6～1.0 m，设计锚固力64～80 kN，采用全长锚固，杆体直径18～22 mm，锚杆长度1.8～2.4 m，间排距0.6～1.0 m。

3 西翼胶带大巷加固方案

3.1 浅孔注浆加固围岩

针对西翼胶带大巷在高应力的长期作用下围岩松散、破碎的特点，经过对材料力学性能、加固效果、市场价格等对比的基础上，选用山西中矿威特矿山技术开发有限公司生产的双液速凝无机注浆加固材料。注浆材料的水灰比0.8∶1，AB 两个材料的比例为1∶1。注浆管采用4 分镀锌管，管上开孔，孔间距约为300 mm 左右。

巷道顶板共布置3 个注浆孔，1 根布置在巷道顶板正中间，另外2 根分别距离巷道两帮约500 mm，并向巷外倾斜约15°；巷道两帮各布置3 个注浆孔，1 根布置在巷道高度的中间，另外2 个分别距离巷道顶板和底板约500 mm，并向顶板和底板倾斜约15°。注浆孔封孔采用具有单向阀的橡胶注浆封孔器，封孔方式简单、快捷，封孔效果好，不会漏浆。

注浆采用长城注浆设备有限公司生产的2ZBQ40/11 型气动注浆泵和QB200 型气动搅拌桶。注浆压力达到5 MPa 左右即可停止注浆，也可根据现场漏浆情况实时调整。

3.2 锚杆锚索补强支护方案

巷道顶部布置7 根锚杆，锚杆间排距800 mm×1 000 mm，配合7 眼双钢筋梯子梁；顶部布置3 根锚索，锚索间排距为1 600 mm×1 000 mm，锚索长度7 300 mm。巷道帮部两帮各布置6 根锚杆，锚杆间排距800 mm×1 000 mm，上部3 根锚杆配合3 眼单钢筋梯子梁，下部3 根锚杆打W 钢护板；两帮各布置2 根锚索，锚索间排距2 000 mm×2 000 mm，锚索长度5 300 mm；当巷道底脚锚杆距巷道底板间距大于400 mm 时，再打1 根锚杆，加设W 钢护板。支护情况如图1、图2 所示。

图1 西翼胶带大巷断面支护示意Fig.1 Section support schematic of west wing belt roadway

图2 运输大巷锚杆、锚索布置展开示意Fig.2 Arrangement of anchor bolt and anchor cable in transportation roadway

锚杆采用杆体为φ22 mm 左旋无纵筋螺纹钢筋，钢号为超高强热处理锚杆MSGLW-500 号，长度2 400 mm，杆尾螺纹为M24，锚固剂为MSCKb2335、MSZ2360 树脂锚固剂，每孔各1 支。锚固力不小于190 kN，预紧力矩为400 N·m，锚杆外露长度10～50 mm。锚杆托盘拱形高强度托盘配合球形垫和减阻尼龙垫圈，规格150 mm×150 mm×12 mm，托盘高度大于36 mm。顶板锚索采用φ22 mm，1×19 股高强度松弛预应力钢绞线；锚索长度7 300 mm，每根锚索使用3 支MSZ2360 树脂锚固剂，锚固力不小于300 kN，外露长度150～250 mm。帮部锚索采用φ22 mm，1×19 股高强度松弛预应力钢绞线；锚索长度5 300 mm，每根锚索使用MSZ2360 三支树脂锚固剂，锚固力不小于300 kN，外露长度150～250 mm。锚索托盘采用300 mm×300 mm×16 mm 高强度可调托盘及配套锁具，托盘要求高度大于60 mm，承载能力大于550 kN。梯子梁顶部采用φ14 mm 双钢筋焊接，顶板托梁全长5 000 mm，宽度110 mm，7 眼，孔间距800 mm；帮部采用单钢筋托梁，托梁全长1 800 mm，宽度80 mm，3 眼，孔间距800 mm。W钢护板规格为280 mm×450 mm×5 mm。

4 工业性试验

对西翼运输大巷巷道围岩变形进行监测，掌握西翼大巷围岩变形规律，以便及时调整支护设计并验证其合理性。

采用十字布点法安设表面位移监测断面，在顶板中部垂直方向和两帮（距底1 500 mm 高）水平方向钻φ32 mm，深400 mm 的孔，将φ34 mm 长420 mm 的木桩打入孔中，顶板和左帮木桩端部安设弯形测钉，右帮木桩端部安设平头测钉。两表面位移监测断面沿巷道轴向间隔0.6～1.0 m。刚布置安装好的测站，3 d 观测1 次，顶板稳定后5 d 观测2 次。西翼胶带大巷顶底板移近量如图3 所示。西翼胶带大巷两帮移近量如图4 所示。

图3 西翼胶带大巷顶底板移近量Fig.3 Roof and floor convergence amount of west wing belt roadway

图4 西翼胶带大巷两帮移近量Fig.4 Two-sided displacement convergence amount of west wing belt roadway

通过分析西翼胶带大巷顶底板及两帮移近量，顶底板移近量以及两帮移近量在巷道掘进初期增速较快，变化幅度也较大。随着观测时间的增加，顶底板移近量以及两帮移近量逐渐趋于稳定。测站一顶底板位移在24 d 左右趋于稳定，形变量为330 mm，测站二顶底板位移在36 d 左右趋于稳定，形变量为260 mm。测站一、二两帮变形均在33 d 左右趋于稳定，测站一两帮形变量为360 mm，测站二形变量为330 mm，且巷道两帮变形量大于顶底板变形量。

通过优化支护和加固方案，西翼胶带大巷的大变形得到了有效控制，验证了支护方案的可行性。