某矿西部运输巷二次支护方案设计

刘志刚

(山西汾西矿业集团曙光煤矿)

某井田为全隐蔽式煤田，煤系地层被第四系和侏罗系上统蒙阴组覆盖，矿井煤层埋藏深度一般为700～1 200 m，目前，矿井采掘活动位于-670～-1 050 m 水平。当煤层埋深约1 000 m时，巷道矿压显现非常明显[1-2]。该矿自投产以来，多处巷道受高地应力影响产生了变形破坏，通过观测已开掘的西部运输巷道的围岩移近量，可知掘进过程中的最大变形速率达到25 mm/d，1个月内最大底鼓量达到2 500 mm，两帮移近率最高达30 mm/d，巷道总体表现出矿压显现明显、流变性强及塑性变形大的特点[3-6]。该矿西部运输巷处于3上煤层底板岩层中，岩性为灰白色细粒砂岩，砂岩厚度为10 m，泥质胶结，夹多层粉砂岩薄层，呈波状层理，层节理发育，小块状结构，易脱落，地应力明显。西部运输巷净宽6 m，净高3.0 m，首次支护采用锚网喷支护方式，随开采深度的增加及采动的影响，巷道变形较严重，巷道经过多次返修后，仍无法满足生产要求。本研究针对西部运输巷面临的围岩变形问题，设计合理的支护方案，并确定有效的支护参数。

1 西部运输巷支护方案设计

1.1 巷道支护方式确定

西部运输巷属于第5类巷道，需要采用较高强度的支护形式，提高内承载结构的承载力[7-11]，因此，可选择锚网索耦合支护配合喷射混凝土支护或锚网索支护+钢带+注浆支护方式。考虑到巷道服务年限比较长，为防止巷道再次出现变形破坏，本研究选用锚网索+喷射混凝土+注浆支护方式。两帮及底板注浆浆液选取水玻璃混凝土注浆材料，由于巷道顶板为泥岩，水玻璃混凝土注浆材料难以渗入，无法起到加固的作用[5]，故而选取树脂材料马丽散作为顶板注浆材料。

1.2 巷道支护参数确定

由于巷道变形严重，巷道闭合量大，无法达到使用要求，故需对巷道全段面进行整修，对未破坏的原锚杆(索)进行重新张拉加固。巷道整修后，两帮和顶板较设计断面外延500～700 mm(图1)。

图1 巷道修复示意(单位：mm)

巷道顶板支护锚杆选用规格为φ20 mm×2 400 mm 的20MnSi无纵筋螺纹钢锚杆，锚杆托盘规格为150 mm×150 mm×10 mm(长×宽×高)；采用2支MSCK2350树脂锚固剂固定，间距为800 mm，排距为900 mm；锚索规格为φ21.6 mm×4 200 mm，采用3支MSCK2850树脂锚固剂固定，锚索沿巷道顺向布置，间排距为1 000 mm×1 000 mm；金属网由φ6.5 mm钢筋焊制而成，网孔规格为100 mm×100 mm，网片规格为1 500 mm×1 100 mm，搭接处钢筋全部弯钩连接，长度不小于50 mm；喷层选用普通硅酸盐水泥，石子粒径为5～10 mm，喷射混凝土的强度等级C20，水灰比为0.48，速凝剂掺入量一般为水泥质量的2.5%～4%，喷厚为100 mm。

巷道底板支护选用规格为φ20 mm×2 400 mm 的无纵筋螺纹钢锚杆，间排距为1 000 mm×1 000 mm；同时铺网喷浆，同样选取普通硅酸盐水泥。选用3根规格为φ17.8mm、长12.5 m的钢绞线作为组合锚索，每组锚索配合使用规格分别为400 mm×400 mm×16 mm(长×宽×高)和200 mm×200 mm×12 mm(长×宽×高)的钢托盘各1块，三孔索具1个，组合锚索布置如图2所示。

图2 组合锚索布置示意

巷道两帮支护选用规格为φ20 mm×2 400 mm的无纵筋螺纹钢锚杆，间排距为800 mm×800 mm，铺网喷浆工艺流程与顶底板相同。

本研究采用水泥-水玻璃双液浆对巷道围岩进行浅部(孔深3 m)注浆，加固外部松动岩体，而后进行深部高压水泥-水玻璃注浆。顶帮注浆孔分为浅孔与深孔，1排浅孔，1排深孔，每个断面布设9个注浆孔，巷道两帮各设置2个注浆孔，顶部设置5个注浆孔，排距3 m，孔距2 m，以顶板中心为起点向两帮均匀布孔，浅孔孔深3 m，孔径42 mm，深孔孔深6 m，孔径28 mm。为加强顶板强度，防止顶板发生离层破坏，对顶板实施锚索注浆加固，深孔孔深6 m，孔径28 mm，注浆孔布置参数与浅孔相同，顶板岩层为泥岩，注浆材料选用树脂材料马丽散。

2 巷道支护效果

巷道修复前，巷道初始的锚网喷支护基本上失去了支护作用，巷道两帮移近量达到2 m；底鼓严重，底鼓量达到1.2 m；顶板出现了拉伸破坏，喷层开裂，顶底板移近量最大可达1.5 m。巷道重新支护后，巷道表面整体未出现破裂区，人工观察难以发现巷道围岩发生变形，底板未出现鼓起破坏。通过采用MC-200液压式锚索应力监测计对支护后的巷道顶底板及两帮变形持续进行了170 d观测，发现巷道40 d之后变形基本趋于稳定，巷道围岩变形量较小，顶板平均最大移近量为55 mm，两帮平均最大移近量为61 mm，支护效果良好。此外，巷道支护锚索受载情况观测表明，锚索受力基本趋于稳定，载荷保持稳定，锚索最大载荷为179.6 kN，顶板锚索受载最大，顶板及两帮锚索受力普遍大于底板组合锚索受力，所有锚索受力均未超过锚索的破断力。

3 结 语

针对某矿西部运输巷首次支护后围岩变形大的问题，对二次支护方案进行了设计。实践表明：方案实施后，顶板平均最大移近量为55 mm，两帮平均最大移近量为61 mm，锚索最大载荷为179.6 kN，总体上，巷道围岩变形量较小，锚索受力未超过其破坏强度，巷道整体支护效果良好。