掘進(jìn)巷道過(guò)應力破壞區支護優(yōu)化研究

陳 巍

（潞安化工集團慈林山煤業(yè)有限公司李村煤礦，山西 長(cháng)治 046600）

由于在過(guò)斷層進(jìn)行作業(yè)的過(guò)程中，會(huì )遇到應力的作用造成巷道周?chē)膽Ψ植疾痪鶆颥F象出現，嚴重時(shí)會(huì )導致巷道圍巖損傷毀壞的情況，從而使得頂板破碎下沉，進(jìn)一步造成巷道不能夠按照預定的方案成型，在進(jìn)行作業(yè)時(shí)會(huì )出現效率低的現象，相關(guān)的作業(yè)變得復雜煩瑣。針對巷道周?chē)嬖诓痪鶆驊Ψ植嫉那闆r下，傳統的方式是通過(guò)注漿使巷道的成型過(guò)程變得堅固。然而，在實(shí)際的應用過(guò)程中能夠發(fā)現，采用單一的注漿方式或者是錨桿支護并不能夠對圍巖進(jìn)行有效的控制，甚至還會(huì )出現頂板破壞的現象。本文將通過(guò)對二采區膠帶巷進(jìn)行分析研究，對F1 過(guò)斷層應力區采用針對性的注漿錨桿支護的方式進(jìn)行。

研究發(fā)現，潞安化工集團二采區膠帶巷的北部和南部都還沒(méi)有進(jìn)行開(kāi)發(fā)，通過(guò)地形調查，東部和礦井運輸大巷連接，在西部和礦界相接。進(jìn)行調查的煤層為3 號煤層，該煤層的總厚度為4.4～4.8 m 的范圍內。對煤層研究發(fā)現煤層的結構比較復雜，且厚度變化不穩定。

二采區膠帶巷進(jìn)行作業(yè)的過(guò)程中通常采用的是綜合機械化掘進(jìn)的方式，在整個(gè)設計的長(cháng)度能夠達到954 m，沿3 號煤層底板進(jìn)行作業(yè)。對巷道進(jìn)行相關(guān)參數的調查發(fā)現，該巷道呈矩形巷道，掘寬和掘高分別為5.0 m 和4.0 m，掘進(jìn)斷面的面積為18.2 m2。在進(jìn)行掘進(jìn)的過(guò)程中，在大巷口向里距離867 m 的位置處，將會(huì )出現落差1.7 m 的F1 正斷層。在這種情況下，在斷層處的會(huì )呈現分布比較松散的煤層現象，在這種情況下，會(huì )造成一定的負面影響[1-2]。如表1 所示為詳細的斷層參數。

表1 F1 斷層參數情況

二采區膠帶巷掘進(jìn)到達860 m 的位置時(shí)會(huì )受到F1 斷層的限制，這是巷道圍巖將會(huì )出現較為嚴重的變形現象，造成了原來(lái)巷道頂板支護不牢靠的問(wèn)題，從而沒(méi)有辦法對斷層影響區進(jìn)行控制。

2.1 原巷道支護設計

二采區膠帶巷是通過(guò)錨桿+鋼帶+單錨索結合進(jìn)行，頂板錨桿長(cháng)為2 m，每排設定6 根，且6 根的直徑和排距分別為22 mm 和1 m，需要在錨桿外漏的部分增加有5 m 長(cháng)的“W”型鋼帶；
對單錨索進(jìn)行間距3 m 的布置方式，并且通過(guò)研究調查，每排需要布置3根較為合理，長(cháng)度6 m、直徑17.8 m。

2.2 原支護主要存在的問(wèn)題

1）支護錨固現象不明顯。在二采區進(jìn)行作業(yè)時(shí)通過(guò)分析后，選用3 號煤層，厚為4.6 m，作業(yè)的高度為3.5 m，作業(yè)方向為沿著(zhù)煤層底板，預留頂煤的厚度為1.1 m。對3 號煤層具有的特點(diǎn)是穩定性較差，因為在這種情況下會(huì )出現F1 斷層帶來(lái)的負面影響，這就導致了頂煤煤體會(huì )出現不可預期的結果，嚴重的情況下會(huì )產(chǎn)生內裂隙，一般而言，因為錨桿通常是在媒體內進(jìn)行作業(yè)，從而造成了錨固后的現象與預期相差很遠[3-4]。

2）擾動(dòng)破壞嚴重。當開(kāi)始錨桿鉆孔作業(yè)時(shí)，由于鉆具會(huì )對煤壁產(chǎn)生較大的負面影響，造成了鉆孔壁和周?chē)拿簬r體出現嚴重的破裂現象，這就直接導致了錨桿支護的結果和預期的結果相差非常大。

為了確保在進(jìn)行作業(yè)的過(guò)程中，可以實(shí)現增強在應力區頂板長(cháng)期的穩定支撐作用，避免出現過(guò)去使用的錨桿所出現的問(wèn)題，在這種情況下，需要進(jìn)行深入分析和調查后應該去報能夠對巷道原頂板進(jìn)行相關(guān)的優(yōu)化處理工作，效果最明顯的方案是通過(guò)注漿錨桿進(jìn)行支護。

3.1 注漿錨桿支護原理

在采用注漿錨桿進(jìn)行支護的方案過(guò)程中，對錨桿的選擇也是有一定的要求，通常采用中空型的錨桿進(jìn)行作業(yè)。起初將對破碎頂板通過(guò)錨桿的方式進(jìn)行錨注工作任務(wù)，其次進(jìn)行注漿作業(yè)。錨桿在整個(gè)注漿作業(yè)中，通常情況下，注漿液也能夠起到孔壁和錨桿黏接的效果，從而達到錨桿全長(cháng)錨固的目的。如圖1 所示，為注漿錨桿支護的相關(guān)示意圖。

圖1 注漿錨桿支護斷面、剖面示意圖（單位：mm）

3.2 支護設備

1）注漿錨桿。二采區膠帶巷破碎頂板使用的錨桿是中空注漿型的，錨桿3.5 m 長(cháng)，直徑為30 mm，中空注漿孔的直徑為12 mm。在錨桿一端的位置向里0.5 m處進(jìn)行注漿射孔的布置，孔的直徑選為10 mm，孔之間的間距選為0.5 m。

2）注漿材料。在進(jìn)行注漿的過(guò)程中，注漿液由水玻璃和水泥漿混合形成，其中在水泥漿的水灰比為0.8∶1。保證水泥漿在凝固狀態(tài)后有較強的牢固性，在水泥漿中加入XPM添加劑，占水泥總量的10%。選用的水玻璃濃度為50 波美度，水玻璃和水泥漿之間的比值為0.5∶1[5-6]。

3.3 支護工序

1）當巷道作業(yè)至860 m 的位置時(shí)，起初時(shí)通過(guò)液壓鉆機的形式在頂板的位置處布置支護鉆孔，孔深3.5 m，孔與孔之間的距離為1.2 m，每排之間的距離為1.1 m，孔直徑30 mm。

2）在支護鉆孔作業(yè)后，在鉆孔內進(jìn)行錨注注漿錨桿操作。選用的錨桿為一根長(cháng)一根短的錨固劑進(jìn)行錨固，錨固長(cháng)為0.95 m。

3）注漿錨桿作業(yè)后，需要在錨桿內添加一根2 m的軟管，主要的作用是便于注漿，軟管的直徑為8 mm。此外，需要在錨桿的末端位置進(jìn)行相應的設置，通常采用止漿塞進(jìn)行布置，選用2ZBQ 氣動(dòng)注漿泵連接，開(kāi)始注漿作業(yè)時(shí)，需要將壓力控制在2.0 MPa。當注漿工作完成以后，對錨桿外露端需要裝有鋼帶，選用的鋼帶為“JW”。

3.4 注漿錨桿支護優(yōu)點(diǎn)

1）支護工藝簡(jiǎn)單。與傳統注漿施工相比，簡(jiǎn)化了注漿工序，縮短了支護時(shí)間。和過(guò)去使用的架棚比較，采用注漿錨桿支護的方式比較簡(jiǎn)單可靠，其需要的工作強度較低。

2）支護效果好。和過(guò)去采用的單錨桿進(jìn)行比較，采用注漿錨桿支護的方式能夠滿(mǎn)足錨桿支護和注漿支護在同一時(shí)間內進(jìn)行的效果，支護效果顯著(zhù)，有效地減小了支護失效的現象。

3）避免擾動(dòng)破壞作用。通過(guò)采用注漿錨桿支護方法以后，和傳統的支護設計比較，可以明顯減小鉆孔數量的布置，大大縮短了因為鉆孔所耗費的時(shí)間，提高了工作效率。

3.5 支護效果分析

二采區膠帶巷進(jìn)行注漿錨桿支護作業(yè)后，需要在應力區間隔15 m 左右的位置處安裝離層儀，且需要安排相應的員工進(jìn)行觀(guān)測，同時(shí)在858 m 的位置處頂板也需要布置一個(gè)離層儀進(jìn)行比較。在20 d 后得出結果：采用頂板施工注漿錨桿支護9 d 之前，因為注入的漿液未能夠完全凝固，導致出現沒(méi)有膠合的現象，頂板產(chǎn)生塑性變形，中部位置處有明顯下沉現象，如圖2 所示。

圖2 注漿錨桿支護后應力區圍巖變形曲線(xiàn)

目前，注漿錨桿支護方案的應用得到了廣泛的關(guān)注和支持，能夠在煤礦中得到推廣，采用該支護方式能夠在錨注時(shí)對圍巖進(jìn)行填充加固，滿(mǎn)足了錨桿全長(cháng)錨固的目的，并且實(shí)現了對破碎圍巖變形起到明顯的支護效果，面對較大變形的采掘作業(yè)中也能夠達到很好的效果。