采動影響巷道圍巖支護參數優化的設計與實踐

任建華

（山西新元煤炭有限責任公司，山西 壽陽 045400）

引言

巷道是煤炭生產、運輸以及通風的通道，是確保煤炭正常開采的基礎[1-2]。井下掘進的巷道中約有70%～80%受到采動影響，從而使得巷道圍巖出現較大的變形，給煤炭正常生產帶來一定影響[3-4]。因此，眾多的研究學者對采動影響巷道圍巖控制技術展開研究，并提出增加錨桿、錨索預緊力，注漿，加密錨桿、錨索布置等方式提高圍巖穩定性，現場應用取得較為顯著的應用成果[5-7]。文章以山西某礦21 采區運輸巷為研究對象，針對采動動壓影響下圍巖變形量過大問題，通過改進支護設計現場取得了較為顯著的應用成果。

1 工程概況

21 采區運輸巷沿6 號煤，6 號煤厚3.8 m，頂底板以巖性砂質泥巖、粉砂以及泥巖為主。21 采區運輸巷設計斷面為半圓拱形，在巷道掘進時圍巖涌出量較小，一般在0.5 m3/h 以內。前期的物探資料顯示，21 采區運輸巷掘進期間會揭露4 條落差均在2.5 m 以內的正斷層，受斷層影響巷道圍巖破碎。

21 采區運輸巷凈寬、凈高分別為5.0 m、4.1 m，原采用金屬架棚（U36 金屬架棚）+噴漿支護方式，具體支護設計見圖1。由于受到臨近的21605 綜采工作面回采影響，導致巷道頂板支護用的金屬架棚破壞，部分支架互相嵌入；巷幫支護用的支架向巷道內側彎曲；巷道底板出現底鼓，最大底鼓量達到1 205 mm。圍巖變形給采區運輸巷的使用安全造成嚴重影響。

圖1 采區運輸巷圍巖支護方案（單位：mm）

2 圍巖支護參數的優化設計

2.1 圍巖支護參數優化設計流程

從圍巖變形特征以及位置關系得出，21 采區運輸巷出現較大變形的主要原因是受到鄰近的21605綜采工作面采動動壓影響，同時圍巖巖性本身強度及承載能力不足等原因導致。因此，根據采動動壓影響后的圍巖變形失穩情況對巷道原支護設計進行優化，具體選用的支護優化流程見圖2 所示。優化設計的核心理念為通過注漿以及錨桿強化巷道圍巖自身強度及穩定性，從而降低采動動壓影響。

圖2 支護參數優化流程

2.2 支護參數優化

2.2.1 圍巖刷擴并架設U 形棚

為了恢復巷道斷面并滿足后續使用需要，首先對巷道斷面進行刷擴，從而使得巷道寬、高分別達到5 700 mm、4 600 mm，刷擴完成后采用U36 鋼架棚進行圍巖支護。架設完成U36 架棚后，應與巖面留有50 mm 以上的間隙，并將此厚度作為充填層厚度，并便于后續圍巖注漿加固。在架設的U36 鋼架棚周邊鋪設金屬網背板，從而改善架棚受力狀態。

架棚架設完畢后噴射厚度介于70～100 mm的混凝土層，混凝土層應與掘進迎頭間間距控制在5 m以內，噴漿由從巷幫下端向上緩慢進行。

2.2.2 淺孔注漿

注漿采用水泥漿，水灰質量比0.85∶1～1∶1，注漿工滯后掘進迎頭距離控制在8 m 以內，淺孔注漿管長1 200 mm，注漿壓力1.0 MPa。

具體注漿時采用的注漿壓力以及注漿量應依據現場情況進行動態調整，注漿管為Φ12.7 mm 鋼管，在管底部壓成扁形、壓扁后注漿管前、后端孔徑分別為8 mm、4 mm，從而便于注漿。注漿孔封孔長度為300mm，斷均按照間排距1800 mm×1000 mm布置7個注漿孔，采用直徑42mm鉆頭施工，深度為1500 mm。

2.2.3 頂板錨網索支護

頂板用Φ22 mm×2 400 mm 錨桿、鋼筋網支護。錨桿施工采用氣動鑿巖機施工，按照700 mm×1000 mm布置17 根錨桿，錨桿施工完成后施加的預緊力在80kN以上。金屬網采用礦井巷道支護常用的菱形金屬網。

2.2.4 巷道底板卸壓聯合支護技術

由于21 采區運輸巷最大底鼓量達到1 200 mm，為了確保巷道底板穩定，提出采用鉆孔卸壓+錨網索聯合支護方式加固頂板巖層強度。底板支護時采用的錨索長度為4 500 mm，每排布置5 根并按照1 500 mm 間距布置。具體的施工工藝為：清理巷道底板并進行噴漿、淺孔注漿，完成后在巷道底板上按照設計要求施工卸壓鉆孔；錨索鉆孔32 mm、長度為4 500 mm；在錨索鉆孔內裝入Φ25 mm×4 500 mm 中空注漿錨索，進行注漿后并給錨索施加100 kN 以上的預緊力。

2.2.5 巷幫及頂板深孔注漿

待巷幫及頂板錨桿施工完成后，再對圍巖噴射厚度50 mm 混凝土，避免錨桿、錨索頭出現銹蝕問題。待噴漿完成后，在巷道巷幫、頂板位置施工注漿鉆孔進行深孔注漿，施工的注漿孔深度均為3 200 mm，按1 800 mm×1 600 mm 間排距布置6 個注漿孔，封孔長度為1 600 mm。

2.2.6 巷幫及頂板錨索加固

在巷幫及頂板上共計布置7 根錨索，頂板、巷幫錨索規格為Φ21.8 mm ×6 300 mm、Φ21.8 mm×4 300 mm，錨索均按照1 000 mm 排距布置。錨索施工完成后施加100 kN 以上的預緊力。

3 支護效果分析

待對巷道支護設施支護優化后，為考察圍巖支護效果，在21 采區運輸巷內布置測站對圍巖變形量進行監測，具體變形量監測結果見圖3 所示。

圖3 圍巖變形量

在圍巖變形監測期間未獲取到底板底鼓量數據，支護完成后頂板最大下沉量為108 mm、巷幫最大變形量為223 mm，圍巖變形量整體較小，可滿足巷道使用安全。結果表明，采動動壓影響巷道采用以注漿+錨網索+底板補強加固技術方案可有效控制圍巖變形。

4 結論

1）通過分析21 采區運輸巷圍巖變形特征以及現場條件，分析巷道圍巖變形量過大的主要原因是巷道自身支護強度較低、圍巖承載能力不強以及采動動壓等因素疊加作用導致。

2）提出通過對巷道支護參數優化方式來達到控制動壓巷道圍巖變形的目的，具體為先對巷道斷面進行刷擴，并采用U 形架棚+圍巖注漿+底板加固（卸壓）+錨網索聯合支護方式控制圍巖變形，通過增加支護強度以及圍巖自身承載力來抵抗動壓影響。

3）現場應用后，巷道未出現底鼓，巷幫及頂板下沉量分別控制在223 mm、108 mm 以內，圍巖變形量較小，可滿足巷道安全使用的需要。