大断面巷道过陷落柱构造区支护技术研究_李安培.pdf

232023 年第 2 期李安培：大断面巷道过陷落柱构造区支护技术研究李安培：大断面巷道过陷落柱构造区支护技术研究大断面巷道过陷落柱构造区支护技术研究李安培 （山西焦煤汾西矿业（集团）有限责任公司高阳煤矿，山西 吕梁 032300）摘 要 针对高阳煤矿辅助回风巷过陷落柱时掘进速度慢、围岩变形破坏严重等难题，分析了陷落柱段巷道围岩变形破坏特征，提出了锚杆索+钢筋网+钢带+注浆联合支护技术。采用联合方案后，巷道顶板、底板、左右两帮变形量分别约为 113 mm、78 mm、65 mm、86 mm，围岩变形量均处于变形允许范围内，可有效控制过陷落柱时巷道围岩的变形破坏。关键词 大断面；掘进；陷落柱；支护 中图分类号 TD353 文献标识码 B doi:10.3969/j.issn.1005-2801.2023.02.009Study on Support Technology of Large Cross Section Roadway Passing Through Subsidence Column Structure AreaLi Anpei(Gaoyang Coal Mine,Shanxi Coking Coal Fenxi Mining Industry(Group)Co.,Ltd.,Shanxi Lliang 032300)Abstract:In view of the problems such as slow driving speed and serious deformation and destruction of surrounding rock when the auxiliary return air roadway passing through collapse column in Gaoyang Coal Mine,the deformation and failure characteristics of surrounding rock of roadway in collapse column section are analyzed,and the combined support technology of anchor cable+steel mesh+steel belt+grouting is put forward.After adopting the combined scheme,the deformation of the roof,floor,left and right sides of the roadway is about 113 mm,78 mm,65 mm and 86 mm respectively,and the surrounding rock deformation is within the allowable range of deformation,which can effectively control the deformation and failure of the roadway surrounding rock when the roadway passes through the collapse column.Key words:large section;driving;collapse column;support收稿日期 2022-07-11作者简介 李安培（1990），男，山西汾阳人，2015 年毕业于太原理工大学采矿工程专业，本科，助理工程师，现在山西焦煤汾西矿业（集团）有限责任公司高阳煤矿，从事生产技术部回采组技术员工作。李安培：大断面巷道过陷落柱构造区支护技术研究李安培：大断面巷道过陷落柱构造区支护技术研究在煤矿开采过程中，经常会不可避免的穿越陷落柱影响区域，在这些区域范围内，巷道围岩变形严重、围岩破碎、维护困难，直接影响煤矿的安全生产1-5。巷道穿陷落柱段，巷道支护方法一般采用架棚、在巷道表面喷射混凝土的支护方案，该支护方案在后期会出现较大的变形破坏，影响煤矿的生产。1 工程概况高阳煤矿 9 号煤煤层倾角 0 9，平均 5，煤层平均总厚度 5.6 m。基本顶为粉砂岩，厚度为5.89 m；直接顶为泥岩，厚度为 1.0 m；基本底为粉砂岩，厚度为 2.6 m；直接底为泥岩，厚度为 1.2 m。9 号煤辅助回风巷断面形状设计为矩形，尺寸为长 高=6.0 m4.0 m。地质勘探资料显示，9 号煤辅助回风巷在 100 m 处会遇到 Z13 陷落柱。该陷落柱长轴约 60 m，短轴约 40 m，呈倒楔状，陷落角度约为 60，岩性以二叠系上石盒子组泥岩碎块为主，并有少量灰色泥岩，极不稳定。在辅助回风巷的 Z13 陷落柱处采用应力释放法进行现场实测，实测数据显示 Z13 陷落柱的平均垂直应力值为 12.8 MPa，平均水平应力值为 11.9 MPa。2 过陷落柱区域巷道联合支护技术巷道过陷落柱范围内的岩体受力复杂，稳定性以及完整性差，巷道围岩支护难度大，研究确定采242023 年第 2 期用“锚杆索+钢筋网+钢带+注浆”的联合支护技术方案。如图 1。2.1 锚杆索支护（1）顶板支护。采用 22 mm2200 mm 螺纹钢锚杆（两边角锚杆采用 22 mm2400 mm 螺纹钢锚杆），锚杆排距 900 mm，间距 900 mm，“六六”矩形布置。边角锚杆和顶板角度不小于75，其余均垂直于顶板布置。每根螺纹钢锚杆配套规格为 150 mm150 mm10 mm 的可调心拱形高强度托盘，球形垫圈配减摩垫圈叠加安装。每根锚杆配套使用两支药卷，上部一支为 CK2355 的药卷，下部一支为 K2355 的药卷。每排锚杆配套使用 BHW280-4.54800mm 的钢带。锚杆预紧力矩 300 Nm，锚固力 190 kN。（2）帮锚支护。采用 22 mm2200 mm 螺纹钢锚杆，间距 1000 mm，排距 900 mm，“三三”矩形布置。每根锚杆配套使用 2 支 K2355 树脂药卷。锚杆安装时采用 BHW280-4.5400mm 的钢带托板（钢带托板眼为椭圆形孔，规格为 40 mm80 mm）与 150 mm150 mm10 mm 的可调心拱形高强度托盘，球形垫圈配减摩垫圈叠加安装，钢带托板要密贴煤帮，不松动。锚杆预紧力矩300 Nm，锚固力 190 kN。（3）顶板锚索。采用 21.8 mm7300 mm 高强度低预应力锚索，“二二”矩形布置，间距 2000 mm，排距为 1800 mm。锚索托板采用长 宽 厚=300 mm300 mm14 mm 的拱形高强度铁板，球形垫圈配减摩垫圈叠加安装。每根锚索配套使用三支药卷，上部一支为 CK2355 的药卷，下部两支为 K2355 的药卷。锚索预紧力 200 kN，锚固力 36.3 T。（4）顶、帮 网。顶 板 铺 设 长 宽=5500 mm1100 mm 的六边形金属网，两帮铺设长 宽=2900 mm1100 mm 的六边形金属网。铺好后必须及时联网，联网距不大于 200 mm。铺网时要求网与网搭接，搭接宽度 50 mm，并采用 16#双股铅丝扭接不少于三圈。（5）W 钢 带。运 输 巷 采 用 BHW-280-4.54800mm 的 W 钢带，与矩形布置的锚杆配套使用。2.2 注浆支护2.2.1 注浆参数根据对 Z13 陷落柱顶部岩体的勘测可以发现，其最大破碎深度达 3.1 m，且破碎较为严重，所以确定在过陷落柱的前 10 m 开始对顶板破碎岩层进行注浆加固。通过陷落柱期间，每两排施工 1 根注浆锚索，注浆锚索布置于两排支护锚索中间，即与支护锚索“二一”花型布置，锚索均垂直于顶板布置。施工过程中采用成组注浆的办法，即整体施工锚索后，再一次性注浆。注浆锚索孔施工方式、锚固方式、锚索铁板、锚具的使用方式与高强锚索相同。注浆材料选用 PO42.5MPa 的普通硅酸盐水泥，水灰比=0.7:1，注浆泵压力为 2.5 MPa 左右，在注浆过程中要按逐排逐孔、由低到高的施工顺序注浆。2.2.2 注浆施工工序打眼树脂药卷锚固（同时在锚索末端 500 mm处安缠绕编织袋）锚索搅拌凝固上止浆塞安装铁板、锁具锚索千斤紧固锚索。当孔口破碎成喇叭口时止浆塞应适当地缠绕棉纱。如果止浆塞周围存在空隙，要用棉纱塞紧。最后要确保锚索托板紧贴岩面。图 1 巷道联合支护方案图（mm）2.3 数值模拟验证以辅助回风巷道为对象，利用数值模拟软件FLAC3D建立三维数值计算模型，采用莫尔-库伦屈服准则，模型左右、前后、下边界均为固定约束，上表面为自由约束，巷道采用锚杆索+钢筋网+钢带+注浆联合支护技术。根据数值计算结果，围岩位移变化如图 2。从图 2 可以看出，巷道围岩的变形主要发生在距离巷道围岩表面的11.5 m范围内，在距离巷道围岩 1.5 m 以外的范围，巷道围岩的变形逐渐趋于稳定，不再发生变化，巷道顶板下沉量、底鼓量、左帮移近量、右帮移近量的最终稳定值分别为 17.4 mm、13.7 mm、6.8 mm、6.9 mm。252023 年第 2 期李安培：大断面巷道过陷落柱构造区支护技术研究李安培：大断面巷道过陷落柱构造区支护技术研究 图 2 巷道围岩位移变化曲线3 应用效果在巷道掘进施工过程中采用“十字布点法”监测巷道顶底板及两帮的围岩变形情况。顶部测点布置在巷道中心线上，帮部测点布置在距巷道地面 1 m 的位置处，顶帮测点布置在同一断面内。底板监测点采用铁钎，钉入底板围岩内的长度为 250 mm。围岩观测站按每周 1 次进行测读和记录。巷道变形曲线如图 3。（a）巷道围岩位移变化曲线（b）巷道围岩位移速率变化曲线图 3 巷道掘进期间围岩位移监测结果由图 3 可知，在巷道掘进完成的前 49 d，巷道顶底板及两帮的围岩变形速率不断增大，之后逐渐趋于稳定。巷道顶板最大下沉量约为 113 mm，相对较大，但顶板未出现破坏和冒落现象；巷道底板底鼓量最大约为 78 mm，相对较小；巷道左、右帮围岩变形最大约为 65 mm、86 mm。围岩变形量均处于变形允许范围内，表明了联合支护技术参数的合理性和可靠性。4 结语以高阳煤矿辅助回风巷过陷落柱段为工程背景，基于陷落柱区域巷道围岩变形破坏特征，确定了过陷落柱段巷道“杆索+钢筋网+钢带+注浆”联合支护方案，数值计算验证了该支护方案的可行性，现场实践结果表明陷落柱影响下采用该联合支护方案可有效控制围岩变形，保证了巷道的稳定。【参考文献】1 王杰.巷道回风巷通过陷落柱的安全技术措施 J.西部探矿工程，2020，32（11）：134-135.2 张勃阳，林志斌，吴疆宇，等.侧限条件下陷落柱破碎岩体的渗流特性研究 J.采矿与安全工程学报，2020，37（05）：1045-1053.3 李杰.掘进巷道过陷落柱安全技术措施研究 J.山东煤炭科技，2019（04）：46-47+504 王同旭.沿空巷道围岩压力特征及合理支护原则J.同煤科技，2021（04）：1-7+11+69.5 臧欢欢.大型导水陷落柱综合探查与阻水塞建造关键技术研究 J.同煤科技，2021（03）：59-60.（上接第 22 页）报，2021-12-14（002）.2 杨晓杰，黄瑞峰，周博森，等.无煤柱自成巷110、N00 工法 5R 绿色内涵分析 J.能源技术与管理，2021，46（05）：12-15.3 薛定亮，张龙辉，张华翔.“110”工法在中厚煤层复合顶板条件的应用规律及研究 J.山西焦煤科技，2021，45（07）：4-7+32.4 陈万胜，刘辉，陈菲，等.柠条塔煤矿大采高工作面 110 工法挡矸支护实践 J.陕西煤炭，2021，40（02）：141-144.5 马小宁，霍军鹏，白铭波，等.陕北矿区韩家湾煤矿中厚煤层 110 工法技术创新及应用 J.煤炭技术，2022，41（02）：1-4.