巷道掘进过陷落柱技术研究

苏 朋

（山西焦煤汾西矿业宜兴煤业，山西 孝义 033000）

0 引言

巷道在地质构造影响范围内掘进时，受到围岩破碎、承载能力差等影响，围岩支护难度较高[1-2]。特别是巷道掘进揭露陷落柱时，陷落柱发育区内煤岩体呈现裂隙发育、破碎、易风化以及强度低等特点，在掘进扰动作用下容易出现冒顶或者围岩变形量大等问题，给巷道安全高效掘进带来影响[3-4]。巷道掘进过陷落柱时主要面临难题[5-6]为陷落柱影响区内围岩破碎，特别是在掘进扰动影响下陷落柱影响区塑性破坏范围会持续增加；陷落柱影响范围内往往面临构造应力集中问题；巷道过陷落柱期间面临顶板冒落、围岩变形失稳以及片帮等各种问题。为此，众多的学者及工程技术人员对巷道掘进过陷落柱围岩控制技术展开大量研究，并从围岩支护、掘进等方面提出巷道掘进过陷落柱技术措施，现场应用均取得较好效果[7-9]。文中就在前人研究成果的基础上，以山西某矿3501 回风巷掘进过陷落柱为工程背景，依据现场条件提出采用超前注浆加固陷落柱内破碎不稳定煤岩体，后通过锚网索梁+喷浆+单点锚索方式支护围岩，实现了陷落柱影响区不稳定煤岩体的有效控制，应用成果良好。

1 工程概况

山西某矿3501 回风巷西为东侧及西侧均为矿井边界煤柱、南侧为盘区复运巷、北侧为盘区实体煤，具体巷道布置位置如图1 所示。3501 回风巷沿3 号煤层底板掘进，倾角为0～9°、煤厚度为5.48 m，顶底板以泥岩、粉砂岩及细砂岩为主，具体如图2 所示。3501回风巷为矩形断面，净宽为5.8 m、净高度为4.0 m，锚网索支护围岩。根据已有物探资料显示，在3501 回风巷掘进期间会揭露有陷落柱，该陷落柱形态呈倒锲状，长轴为55 m、短轴为36 m，充填物为中粒砂岩、泥岩等，陷落柱内无积水且附近无含水层。

图1 3501 回风巷与陷落柱位置示意图

图2 5 号煤岩性参数

2 巷道过陷落柱围岩控制技术

2.1 超前注浆加固

维护陷落柱内及影响范围内破碎煤炭体稳定性，是实现巷道安全高效掘进过陷落柱的基础，为此提出综合使用浅孔+深孔注浆技术加固陷落柱。通过陷落柱注浆可将陷落柱内及影响范围内破碎、不稳定煤岩体胶结为整体，人工提升陷落柱影响范围内煤岩体强度及稳定性；通过深孔注浆可对巷道围岩周边10～20 m范围内破碎岩体进行加固，通过注浆浆液形成的网络骨架连接巷道浅部、深部围岩，提升破碎围岩强度。

3501 回风巷掘进揭露的陷落柱无渗水、涌水以及严重漏浆问题，根据现场情况注浆浆液选用联邦1 号，该注浆材料为双液材料，注浆浆液配比为0.8∶1。采用高压注浆方式增加浆液在陷落柱影响范围内扩展范围及注入量，浅孔、深孔注浆压力分别控制在8～10 MPa、10～15 MPa。在3501 回风巷掘进迎头布置5 排注浆钻孔，钻孔孔径为42 mm、编号为1～17 号，钻孔布置如图3 所示。浅孔、深孔注浆孔孔深分别控制在10 m、20 m，终孔位置与巷道掘进外轮廓线间距分别为3 m、6 m。

图3 注浆钻孔布置剖面图（单位：mm）

2.2 巷道围岩支护技术

3501 回风巷掘进至陷落柱时，虽然通过超前注浆可避免掘进时出现冒顶或者片帮问题，但围岩强度低，因此用锚网索梁+喷浆+单点锚索方式。

巷道顶板支护用高强预应力锚杆、锚索，锚杆规格为Φ22 mm×2500 mm，采用1 支Z2388、1 支CK2340 锚固剂锚固，锚固力在210 kN 以上，间排距900 mm、900 mm；锚索为Φ17.8 mm×9300 mm 高强钢绞线，用2 支Z2388、1 支CK2340 锚固剂锚固，间排距2100 mm、2400 mm。支护用的槽钢规格为14 号、长度为4200 mm，槽钢采用3 根锚索悬吊，槽钢锚索与单点锚索呈交叉布置，排距均为2400 mm。

巷帮用Φ22 mm×2500 mm 锚杆支护，一侧布置5 根，间排距均为900 mm、900 mm。巷道顶板及巷帮均全断面铺设由Φ6 mm 金属丝编制的金属网护表。巷道表面喷浆采用初喷+复喷组合方式，喷浆总厚度控制在120 mm，初喷在巷道开挖后进行，厚度在50～60 mm、复喷在锚网索支护体系施工完成后且与掘进迎头距离控制在20 m 以内。喷浆用浆液材质为水、水泥及沙子，喷浆时应由上至下进行，喷头与巷道壁间距800～1000 mm。具体围岩支护断面图如图4所示。

图4 围岩永久支护断面图（单位：mm）

2.3 围岩支护效果分析

3501 回风巷在过陷落柱期间，采用超前注浆、锚网索梁+喷浆+单点锚索支护方式后，监测围岩变形，结果如图5 所示。从图5 看出，3501 回风巷在过陷落柱期间采用的围岩支护体系可实现陷落柱破碎带内破碎煤岩体有效控制，支护60 d 内围岩变形即趋于稳定，其中顶底板、两帮移近量分别为138 mm、152 mm；同时巷道在陷落柱影响范围内掘进时未出现冒顶、片帮等问题。

图5 围岩变形监测曲线

3 结论

1）3501 回风巷掘进期间遇陷落柱，巷道过陷落柱期间面临围岩破碎、承载能力差等问题，容易出现冒顶、片帮以及围岩大变形等情况，给巷道掘进安全以及掘进效率带来较大制约。结合3501 回风巷、陷落柱现场情况，提出巷道掘进过陷落柱围岩支护技术，即超前注浆、锚网索梁+喷浆+单点锚索支护。

2）在巷道掘进过陷落柱影响范围内即在掘进迎头布置注浆钻孔，通过注浆钻孔可实现巷道顶板及巷帮掘进外轮廓线外6 m 范围内加固，避免掘进时出现冒顶、片帮等问题，为掘进创造良好条件；在过陷落柱期间使用锚网索梁+喷浆+单点锚索围岩支护体系，通过高强支护实现围岩有效控制。现场应用后，巷道掘进过陷落柱期间未出现冒顶或者片帮征兆，顶板及两帮变形量分别控制在138 mm、152 mm 以内，3501回风巷得以安全高效掘进陷落柱。