牛春雨

（中煤平朔集團井工一礦，山西 朔州 037200）

巷道支護作為礦井安全開采的重要保障，國內(nèi)外學者針對不同類型的巷道支護進行了大量的研究并取得了重要的成果[1-5]。軟巖巷道支護作為國內(nèi)巷道支護的難題之一，隨著煤炭資源的大量采出，巷道斷面承受的強動壓導(dǎo)致軟巖巷道的破壞程度進一步增大。軟巖巷道圍巖相對于一般巷道強度低，遇礦井水后支護強度減弱，需多次支護、多次返修。本文以太西采區(qū)19107工作面輔助運輸順槽為研究對象，通過現(xiàn)場圍巖地質(zhì)力學評估、室內(nèi)試驗及現(xiàn)場實測等研究方法，對19107工作面輔助運輸順槽泥巖頂板破壞機理及控制技術(shù)進行了系統(tǒng)分析，提出了長錨索、強錨固、高預(yù)緊力下位直接頂強度強化支護方案，對支護參數(shù)進行設(shè)計并應(yīng)用于工程實際。

1 工程地質(zhì)概況

1.1 工程地質(zhì)條件

19107工作面是太西采區(qū)9煤第二個工作面，上部為14107工作面采空區(qū)，北部與19106工作面相鄰，南部是未開采區(qū)，東部是太西水倉保護煤柱，西部為小窯破壞區(qū)。本工作面所掘煤層為9煤，經(jīng)鉆孔實際揭露，該煤層結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。9煤平均厚度為11.58m，直接頂平均厚1.12m，主要巖性為泥巖、炭質(zhì)泥巖、高嶺石泥巖互層，局部含黃鐵礦結(jié)核；基本頂平均厚度為7.83m，主要巖性為泥巖與砂質(zhì)泥巖互層，下部含黃鐵礦；底板平均厚度為3.19m，主要巖性為泥巖、砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)灰?guī)r互層。工作面柱狀圖如圖1所示。

1.2 水文地質(zhì)概況

19107工作面直接充水含水層為4煤與9煤之間砂巖裂隙含水層，該含水層總體富水性弱，以靜儲量為主，水力聯(lián)系差，易于疏干。工作面上部為14107工作面采空區(qū)，受采動影響，上部K3、K4等砂巖含水層通過冒落裂隙帶影響19107工作面，在普23孔向斜軸部易形成積水危險區(qū)。根據(jù)水文地質(zhì)補勘（二期）報告、地面瞬變電磁勘探報告及太西區(qū)充水條件評價及防治水對策研究報告提供資料，普23孔向斜軸部及三維地震勘探X5陷落柱區(qū)域為中等富水異常區(qū)，三維地震勘探X7陷落柱區(qū)域為弱富水-不富水異常區(qū)，但可能導(dǎo)通上部及下部含水層，為富水較危險區(qū)。

圖1 工作面柱狀圖

1.3 影響巷道穩(wěn)定性因素

經(jīng)現(xiàn)場科研工作者的理論分析研究及現(xiàn)場生產(chǎn)實踐經(jīng)驗總結(jié)，影響19107輔助運輸順槽巷道穩(wěn)定性因素主要有地質(zhì)構(gòu)造、覆巖頂板巖性、水文地質(zhì)條件。

（1）地質(zhì)構(gòu)造。19107輔助運輸順槽在開采過程中，將會揭露5條斷層。最大落差的斷層為DF35斷層，落差高度為14m，傾角為70°；最小落差為DF34斷層，落差高度為2m，傾角為40°。

（2）覆巖頂板巖性。根據(jù)鉆孔資料可知，19107工作面頂板巖性主要為泥巖，部分層位有中砂巖。因此，工作面頂板屬于軟巖頂板。

（3）水文地質(zhì)條件。根據(jù)1.2節(jié)分析可知，19107頂板淋水水源主要有14107采空區(qū)積水以及K3、K4等砂巖含水層。而19107頂板巖性主要為泥巖，泥巖遇水泥化，最終導(dǎo)致支護強度減弱，影響巷道穩(wěn)定性。

2 直接頂泥巖親水崩解及膨脹性試驗研究

根據(jù)影響19107工作面巷道穩(wěn)定性因素可知，巷道穩(wěn)定性主要受頂板泥巖遇水軟化崩解降低強度。因此，為了進一步從宏觀上判斷19107巷道頂板巖層遇水后耐崩解程度，現(xiàn)場提取了煤層頂板巖性，在實驗室進行了浸水崩解性及膨脹率試驗。直接頂泥巖水化崩解3d、7d、15d的崩解圖如圖2所示。

圖2 直接頂泥巖巖樣水崩解圖

從圖2可知，在自然狀態(tài)下，頂板泥巖3d開始出現(xiàn)崩解，隨著時間延長崩解程度加大，逐步形成片狀，當?shù)?5d后崩解基本成片狀。巖樣自由膨脹率可大致分為2個階段：第一個階段為快速增加階段，膨脹率快速增加（2h以內(nèi)）；第二個階段為緩慢增加階段，達到最大值8.5%。巖樣在吸水過程中明顯經(jīng)歷了快速吸水、緩慢吸水、飽和吸水三個階段，與此階段對應(yīng)表層快速軟化、內(nèi)部緩慢軟化、整體軟化三個階段。因此，19107巷道支護中要時刻注意淋水對圍巖強度的巨大影響。

3 巷道圍巖支護參數(shù)確定

根據(jù)19107工程水文地質(zhì)條件以及工作面頂板泥巖親水崩解及膨脹性試驗結(jié)果分析，提出了長錨索、強錨固、高預(yù)緊力下位直接頂強度強化支護方案，選擇了左旋無縱筋等強錨桿、高預(yù)應(yīng)力錨索。具體參數(shù)及現(xiàn)場應(yīng)用效果如下。

3.1 錨桿、錨索支護參數(shù)

3.1.1 錨桿、錨索規(guī)格

（1）頂錨桿采用MSGM-335、Ф22×2400mm左旋無縱筋螺紋鋼錨桿；幫錨桿分別采用MSGM-335、Ф22×2400mm左旋無縱筋螺紋鋼錨桿（上面兩排）和MSGM-235、Ф18×1700mm普通圓鋼錨桿（下面一排）。

（2）錨索采用Ф17.8×10300mm七芯鋼絞線。

（3）錨桿角度：頂部兩邊的錨桿與垂直線成15°夾角，其他錨桿與巷道頂部輪廓線垂直布置，其最小角度不小于75°。

（4）頂錨桿托盤規(guī)格150×150×10mm；幫錨桿托盤規(guī)格分別為150×150×10mm和200×200×10mm；錨索托盤規(guī)格250×250×10mm。

（5）頂鋼帶規(guī)格為Ф12×4600mm的圓鋼鋼帶，幫鋼帶規(guī)格為Ф12×2500mm圓鋼鋼帶。

3.1.2 錨桿間、排距

頂錨桿間排距為900mm×900mm，每排布置6根，最外一根距幫350mm，每排錨桿安設(shè)鋼帶加強支護。幫錨桿間排距為1200m×900mm，每排布置6根，上面一根距頂400mm（即頂網(wǎng)與幫網(wǎng)的搭接處），下面一根距底700mm并壓住幫網(wǎng)，每排錨桿安設(shè)鋼帶加強支護。

3.1.3 錨索的布置

錨索每排布置2根，間排距為2000×2700mm。

3.1.4 錨網(wǎng)、鋼帶規(guī)格

（1）頂鋪Ф4×80mm的鋼板金屬菱形網(wǎng)，規(guī)格為3000mm×1100mm；幫鋪兩片Ф4×80mm的點焊經(jīng)緯網(wǎng)，規(guī)格為3000mm×1400mm。

（2）鋪聯(lián)網(wǎng)需緊貼壁面，聯(lián)網(wǎng)牢固，扣距≤100mm，壓茬一個網(wǎng)格，充分展開，用14#雙股鐵絲扎牢。頂網(wǎng)的聯(lián)網(wǎng)鐵絲頭要以中線激光為準分別朝向兩邊，幫部的聯(lián)網(wǎng)鐵絲頭要全部朝下。

3.2 現(xiàn)場測試

為驗證分析19107工作面巷道支護情況，采用十點監(jiān)測法在19107輔助運輸順槽進行了監(jiān)測。監(jiān)測數(shù)據(jù)表明：兩幫受回采支撐壓力影響較大，移近量約為0.3m，頂板中央的最大下沉量約為0.42m；采取措施后雖仍有變化，但巷道圍巖完整性較好，不會影響運輸及工作面回采。現(xiàn)場實照如圖3所示。

4 結(jié)論

（1）對影響巷道穩(wěn)定性因素進行了分析，總結(jié)發(fā)現(xiàn)造成巷道圍巖變形破壞的原因主要是頂板泥巖遇水軟化崩解和地質(zhì)構(gòu)造兩方面因素。

（2）根據(jù)對19107工程水文地質(zhì)條件以及工作面頂板泥巖親水崩解及膨脹性試驗結(jié)果分析，提出了長錨索、強錨固、高預(yù)緊力下位直接頂強度強化支護方案，有效控制了輔助運輸巷道圍巖表面變形，滿足現(xiàn)場生產(chǎn)需要，確保礦井安全高效生產(chǎn)。

圖3 現(xiàn)場巷道支護實物圖