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    寺河煤矿二号井XV1101,巷采动影响下补强加固技术研究与应用

    时间：2023-06-29 10:40:02来源：百花范文网本文已影响人

    蒋楠楠

    （晋能控股装备制造集团有限公司寺河煤矿二号井，山西 晋城 048019）

    晋煤集团寺河煤矿二号井XV1101 巷沿西北-东南方向布置，巷道为辅助运输大巷，为151 盘区提供运输和行人服务。151 盘区主要开采15#煤层，煤层厚度为2.1～2.31 m，平均厚度为2.23 m。煤层直接顶为K2 石灰岩，质地坚硬，均厚为10 m。15#煤层与上方9#煤层间距28～30 m。XV1101巷与XV1102 巷和西胶带大巷平行布置，三条大巷间的煤柱宽度为30 m。XV1101 巷沿煤层顶板掘进，巷道掘进断面为矩形，掘进宽度×高度=4200 mm×2900 mm，巷道采用锚网索喷支护，顶锚杆和帮锚杆分别采用Φ20 mm×2400 mm 和Φ18 mm×2000 mm 的左旋无纵筋螺纹钢锚杆，锚杆间排距为700 mm×700 mm，顶板锚索采用Φ15.24 mm×5300 mm 的钢绞线，每排布置1 根，排距为3000 mm，巷道表面喷浆厚度为100 mm。具体巷道支护断面如图1。

    图1 XV1101 巷支护断面示意图（mm）

    XV1101 巷在XV1303 工作面的东北方向，XV1303 工作面对应的上覆9#煤层的IX4309 工作面已回采完毕，IX4309 工作面与邻近工作面的煤柱宽度为31 m，煤柱位于XV13032 巷和XV13034 巷的正上方，本煤层XV1303 工作面正在进行回采作业，具体巷道位置关系如图2。XV1101 巷在采动影响下围岩变形量大，主要表现为底板鼓起量大、两帮移近量大，其中最大底鼓量达到600 mm，两帮最大移近量达到0.9 m，且喷浆层剥落严重。为保障采动影响下XV1101 巷围岩的稳定，急需采取有效的补强加固措施。

    图2 XV1101 巷多次采动影响平面示意图

    为有效掌握XV1101 巷在采动影响下围岩变形特征，采用现场观测+钻孔窥视的方式进行变形特征的分析。XV1303 工作面回采期间通过现场观测得出巷道变形特征如下：

    （1）巷道急速变形。由于巷道底板为铝质泥岩，该类岩石遇水易产生膨胀[1-3]。根据巷道现场掘进过程中的观测可知，巷道每掘进20 m 时，后方便需要进行刷帮和起底作业，巷道变形速率较快，其中巷道底板和两帮的最大日变形量分别为700 mm 和800 mm，巷道的急速变形特征严重影响巷道正常进尺。

    （2）巷道底板变形与破坏。由于巷道顶板坚硬，15#煤层整体处于松软状态，底板泥岩也属于软弱岩层，底板铝质泥岩的单轴抗压强度为2.8～4.6 MPa。由于目前巷道底板处于无支护的状态，底板岩层在水平应力和垂直应力的共同作用下，产生较大的弹塑性变形，巷道底板变形速率较快，其中底板最快的底板鼓起量达到500～800 mm，底板变形呈现出中间高两边低的凸凹型，且存在一定的开裂现象。

    （3）两帮煤柱压酥及锚杆失效。151 盘区所处区域的应力场较为复杂，XV1101 巷顶板岩层为坚硬的K2 石灰岩，在采动影响下，应力向巷道两帮的松软煤体内传递。巷道两帮柱在多次采动影响下，其自身的承载能力会大幅降低，表现为煤柱由浅至深逐渐被压碎，煤柱塑性区的范围大幅增大[4-5]，煤柱的塑性区发育深度大于锚杆锚固深度后，锚杆支护处于失效状态。

    综合上述分析可知，两帮煤柱自身承载能力低、塑性区发育范围大，是导致帮锚杆支护失效的主要原因。因此在进行补强加固时需提升煤柱的自身承载能力[6]，降低煤柱塑性区的发育深度；
    同样底板鼓起量大的主要原因为底板岩层松软，底板岩层在应力作用下自身易变形，因此据此分析确定对巷道两帮和底板采用注浆加固的补强支护方案。

    XV1101 巷在采动影响后，通过钻孔窥视结果能够看出巷道顶板及两帮的窥视柱状如图3。

    图3 XV1101 巷采动影响后巷帮及顶板窥视柱状图

    分析图3 可知，采动影响后巷道两帮6 m 深度范围内的煤体均处于破坏状态，其中破坏最严重的区域为巷道表面0～4 m 的范围。该范围内煤体破碎程度大，煤体内部裂隙发育程度高，且煤体内部含有大量的方解石矿脉。另外，从巷道顶板的钻孔窥视结果能够看出，顶板岩层中离层和裂隙发育程度较少，由于顶板岩层整体强度较大，其在采动影响下整体完整性并未遭到破坏，据此确定巷道进行补强支护时，应重点进行巷道两帮和底板的控制。基于钻孔窥视结果初步确定巷道两帮的注浆深度应大于6 m。

    3.1 补强加固方案

    根据XV1101 巷变形特征的分析结果，结合巷道的具体特征，设计在巷道两帮采用钻孔注浆、底板采用注浆锚杆注浆加固的补强加固方式，通过注浆加固提升两帮松软煤体和松软底板自身的承载能力。补强支护方案如下：

    （1）注浆材料。采用水泥-水玻璃双液浆，水泥浆的水灰比为0.6～0.7，水泥浆与水玻璃的比例为1:1。当漏浆严重时，可适当降低水泥的水灰比，水泥浆的水灰比的最低标准为0.5。

    （2）两帮注浆钻孔布置。两帮采用浅孔+深孔注浆相结合的注浆方式，其中浅部注浆孔参数为Φ42 mm×3000 mm，浅部注浆钻孔间排距为1100 mm×3000 mm，两排锚杆呈三花布置，两帮底部钻孔与两帮成10°布置，其余钻孔均垂直巷道两帮布置；
    深部注浆钻孔参数为Φ42 mm×8000 mm，浅部注浆钻孔间排距为1100 mm×3000 mm，深部两帮底部注浆钻孔与巷帮成10°布置，其余深部钻孔均垂直巷帮布置。浅部钻孔的终孔注浆压力为1～2 MPa，深部注浆钻孔的终孔注浆压力为4～6 MPa。具体两帮注浆钻孔的布置方式如图4。

    图4 帮部浅部和深部钻孔布置示意图（mm）

    （3）底板注浆锚杆布置。底板注浆锚杆参数为Φ32 mm×4000 mm，锚杆间排距为800 mm×2000 mm，每排布置4 个锚杆。两底角锚杆与底板成45°布置，其余注浆锚杆均与底板垂直布置。注浆锚杆前端2 m 为封孔段，后端2 m 为射浆孔段。具体底板注浆锚杆布置方式如图5，注浆终孔压力为4～6 MPa。

    图5 底角注浆锚杆布置方式示意图（mm）

    3.2 效果分析

    为有效分析XV1101 巷在注浆加固补强加固方案的实施效果，采用十字布点法进行注浆加固区域围岩变形情况的监测分析。由于巷道顶板为坚硬的K2 石灰岩，在原有支护方案下，巷道顶板下沉量较小，故仅对注浆后两帮变形和底板鼓起量进行具体分析，根据监测结果得出围岩变形曲线如图6。

    图6 注浆后巷道围岩变形曲线图

    分析图6 可知，XV1101 巷在采用注浆加固方案实施后，巷道围岩变形主要出现在注浆结束后的0～20 d 内，当注浆方案实施30 d 后，两帮移近和底板鼓起速率大幅降低，围岩逐渐趋于稳定，最终底板鼓起量的最大值为38 mm，两帮移近量的最大值为57 mm，有效解决了采动影响下巷道两帮及底板变形量大的问题。

    通过现场观测和钻孔窥视分析XV1101 巷道变形特征，确定采用注浆加固方式进行巷道两帮及底板的补强加固，结合巷道赋存特征，设计巷道两帮采用浅孔+深孔注浆加固、底板采用注浆锚杆加固，有效解决了巷道两帮变形及底板鼓起量大的问题。

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