多次動(dòng)壓影響下的煤柱巷道圍巖控制技術(shù)

劉 鑫

（山西晉煤集團(tuán)沁秀公司岳城煤礦，山西 晉城 048006）

隨著礦井對(duì)煤炭資源回收率要求的不斷提高，小煤柱留設(shè)已廣泛應(yīng)用于中厚煤層開采。然而隨著礦井的不斷延伸，疊加應(yīng)力和多次動(dòng)壓成為小煤柱巷道圍巖控制的主要難題，尤其是邊采邊掘巷道，新掘巷道會(huì)同時(shí)受到疊加應(yīng)力和多次動(dòng)壓的雙重影響，圍巖控制難度非常大。傳統(tǒng)的單錨索工字鋼補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)方法，圍巖整體性破壞較大，支護(hù)效果不理想。注漿加固技術(shù)能夠提升頂板圍巖的整體塑性，增強(qiáng)支護(hù)能力[1]，使用注漿加固技術(shù)來實(shí)現(xiàn)疊加應(yīng)力下煤柱巷道的安全支護(hù)，是目前煤炭行業(yè)重點(diǎn)研究的課題之一。

1 概況

岳城煤礦屬于高瓦斯礦井，主采3號(hào)煤。13083巷位于井田東翼，巷道斷面為矩形規(guī)格3.8×5.0m，沿煤層底板掘進(jìn)，留有2.4m頂煤。13083巷受1306、1307兩個(gè)工作面的多次強(qiáng)烈采動(dòng)影響，巷道雖多次補(bǔ)強(qiáng)，但部分區(qū)域頂板、兩幫破損嚴(yán)重，尤其是巷幫，最大片幫深度超過400mm，錨索補(bǔ)強(qiáng)作用不大。13083巷與工作面平行布置，已先后服務(wù)了一年半時(shí)間，后期還要為1308、1309工作面繼續(xù)服務(wù)，服務(wù)期非常長。13083巷與回風(fēng)巷間凈煤柱15m，巷道密集，應(yīng)力集中程度高。

對(duì)13083巷疊加應(yīng)力條件下煤柱強(qiáng)度不足、礦壓顯現(xiàn)集中等問題，提出了采用高壓注漿配合強(qiáng)力錨索補(bǔ)強(qiáng)的綜合加固方案。在巷道壓力集中顯現(xiàn)的300～550m區(qū)域（6～10#橫川）進(jìn)行煤體強(qiáng)度測試和鉆孔窺視，根據(jù)煤柱尺寸和巖性分析確定合理注漿位置及靶心[2]，采取巷幫預(yù)注漿、起底刷幫、圍巖噴漿封閉、高強(qiáng)錨索補(bǔ)強(qiáng)措施，形成與13083相配套的疊加應(yīng)力下小煤柱圍巖控制技術(shù)體系。

2 煤體性能及破壞程度測試

2.1 煤體強(qiáng)度測試

在13083巷6～10#橫川布置4組測站，每組間距50m。在巷道左幫距底板1.2m共布置四組鉆孔，鉆孔直徑選用56mm，每組打鉆距離10m，將打鉆過程中的煤體實(shí)時(shí)強(qiáng)度繪制曲線如下圖1所示。

圖1 動(dòng)壓影響區(qū)域煤體強(qiáng)度變化圖

對(duì)四組數(shù)據(jù)曲線整理可知，13083巷6～10#橫川煤體的平均強(qiáng)度分別為17.88MPa、16.93MPa、12.48MPa和13.32MPa，因此重點(diǎn)要加強(qiáng)8～10#橫川范圍幫部煤體的應(yīng)力控制。

2.2 鉆孔窺視結(jié)果

對(duì)13083巷進(jìn)行鉆孔窺視，根據(jù)窺視可以看出：

（1）13083巷左幫孔開口破碎，內(nèi)有裂隙，0～2.5m處裂隙發(fā)育，煤體存在破碎現(xiàn)象，2.5～5.6m巖層松軟，有裂隙發(fā)育。

（2）頂孔破碎，0～2.1m巖層完整，2.1～3.9m巖層縱向裂隙發(fā)育，3.9～7.6m處巖層完整。

（3）拱肩孔0～1.0m、2.3～5.7m 巖層完整，1.0～2.3m、5.7～8.9m巖層縱向裂隙發(fā)育。

（4）右?guī)涂讕r層破碎，松軟，窺視到0.6m處時(shí)孔塌。

從13083巷窺視結(jié)果分析，巷道頂板淺部巖層相對(duì)完整，8m以上出現(xiàn)裂隙和破碎帶。兩幫煤體極其破碎，第一組窺視孔在4m左右塌孔，第二組孔在6m左右出現(xiàn)塌孔或大的裂隙。巷幫和拱肩部位從噴層開孔處就存在裂隙，破碎區(qū)集中在5m范圍，頂板受巷幫變形的影響在淺部發(fā)生破壞，破壞深度約3m。綜合分析，巷道治理方案應(yīng)重點(diǎn)進(jìn)行巷幫煤體的加固。

3 加固方案

3.1 巷幫預(yù)注漿

由于巷幫煤體破碎，從窺視結(jié)果分析，破壞深度在4～5m范圍，導(dǎo)致支護(hù)體錨固力不足，刷巷時(shí)易發(fā)生片幫，因此修巷之前進(jìn)行預(yù)注漿加固煤體。開孔位置根據(jù)現(xiàn)場煤幫的具體情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，注漿鉆孔的布置如圖2所示。

圖2 巷幫預(yù)注漿鉆孔布置圖

3.2 起底刷幫

預(yù)注漿加固工作完成后進(jìn)行起底刷幫，根據(jù)現(xiàn)場巷道破壞情況，使用人工風(fēng)鎬進(jìn)行刷幫，掘進(jìn)機(jī)組刷底后斷面尺寸達(dá)到設(shè)計(jì)要求。刷幫完成后重新張拉之前施工的Ф22-4300mm錨索作為臨時(shí)支護(hù)，現(xiàn)場每次刷幫長度不得超過2m，擴(kuò)幫完畢后立即進(jìn)行錨索張拉，支護(hù)完畢后再進(jìn)行下一段的擴(kuò)幫。整個(gè)作業(yè)過程中，要加強(qiáng)對(duì)頂板的觀察和管理，發(fā)現(xiàn)異常立即停止作業(yè)，以便采取措施。

3.3 圍巖噴漿封閉

對(duì)圍巖進(jìn)行噴漿封閉，避免注漿漿液外流，影響注漿效果。噴射混凝土?xí)r，噴層不得出現(xiàn)赤腳、穿裙、蜂窩等現(xiàn)象；噴射拌料必須嚴(yán)格按照比例配制，水泥:黃沙:石粉=1:2:2，水灰比=0.45，拌好的混凝土上噴漿機(jī)時(shí)，摻入速凝劑，摻和量為水泥重量的4%[3]。巷幫注漿時(shí)，注漿孔射漿管長度為7.5m，注漿終止壓力6～8MPa，其他參數(shù)與原注漿工藝參數(shù)相同。

3.4 錨索補(bǔ)強(qiáng)

注漿后對(duì)巷道進(jìn)行錨索補(bǔ)強(qiáng)，頂板采用Φ22-7300-1錨索，錨索呈4-3-4-3間隔布置，（其中4：錨索間距1200mm、900mm，距幫400mm；3：錨索間距1400mm，距幫400mm；錨索排距1000mm），錨索全部與頂板垂直安設(shè)；巷幫采用Φ22-4400-1錨索進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，每排3根（錨索間距1100mm，最上一根錨索距巷道頂板400mm，最下一根錨索距巷道底板1200mm，錨索排距1000mm），錨索全部與巷幫垂直安設(shè)。巷幫需補(bǔ)掛鋼筋網(wǎng)。

4 現(xiàn)場驗(yàn)證

巷道注漿完畢后，在13083巷6～10#橫川內(nèi)相同位置布置11組巷道圍巖表面位移測站，監(jiān)測移近量平均值的變化曲線如圖3所示。

由圖3可知，對(duì)13083巷破碎區(qū)域注漿并錨索補(bǔ)強(qiáng)后，頂?shù)装逦灰苹颈３衷?50～170mm范圍內(nèi)并保持穩(wěn)定，兩幫移近量由原先的450mm控制在了250mm左右，均控制在了設(shè)計(jì)要求范圍之內(nèi)。說明采用高壓注漿配合強(qiáng)力錨索補(bǔ)強(qiáng)的綜合加固方案實(shí)現(xiàn)了對(duì)巷幫破碎區(qū)域的有效控制，圍巖的整體塑性顯著提高。

圖3 巷道表面平均位移變化圖

5 結(jié)語

針對(duì)13083巷受多次強(qiáng)烈采動(dòng)影響、服務(wù)周期長、應(yīng)力集中程度高等特點(diǎn)，提出了采用高壓注漿配合強(qiáng)力錨索補(bǔ)強(qiáng)的綜合加固方案?，F(xiàn)場礦壓監(jiān)測結(jié)果表明，加固后的巷道圍巖保持了較好的完整性，頂板下沉量、兩幫移近量都控制在設(shè)計(jì)要求之內(nèi)，說明高壓注漿配合強(qiáng)力錨索補(bǔ)強(qiáng)的綜合加固能夠顯著提高巷幫破碎圍巖的整體塑性，確保巷道掘進(jìn)和使用安全。