掘进巷道过陷落柱破碎带围岩控制的技术研究

刘忠斌

(山西汾西正旺煤业有限责任公司，山西 孝义 032300)

巷道掘进过地质构造时，由于围岩自身承载能力差，导致巷道围岩控制困难[1]。特别是巷道掘进过陷落柱时，附近岩层裂隙发育、强度低、风化严重，巷道掘进过陷落柱后容易出现顶板冒落、煤壁片帮等问题，给巷道的掘进及后续的使用带来明显影响[2～3]。因此，矿井生产过程中应重视对巷道过陷落柱时破碎围岩的控制。部分研究学者从现场实践角度对巷道过陷落柱时围岩控制技术展开研究，如王春辉[4]根据陷落柱实现地质情况提出先注浆加固陷落柱内破碎岩体再进行开挖掘进，有效控制围岩变形；范雨涛[5]对褶曲、陷落柱共存范围内的巷道围岩变形进行分析，并提出具体巷道支护优化技术，研究成果为巷道过陷落柱破碎围岩控制提供了一定的参考。

文中以山西某矿6806工作面回风巷过陷落柱为工程背景，根据陷落柱对巷道掘进及围岩控制影响分析基础上，提出采用锚网梁索结合喷浆方式进行围岩控制，现场取得显著应用效果。

1 工程概况

6806工作面位于矿井6采区，主要开采8号煤层，煤层厚度在4.35m，顶底板岩性以砂质泥岩为主。6806工作面设计推进距离为1870m、斜长190m，回采巷道断面为矩形，宽×高=4.8m×3.7m，支护采用锚网索梁方式。

根据地质勘探资料，在回采工作面切眼350m位置存在有X06陷落柱，短轴、长轴距离分别为50m、150m，采面轨道巷内约有50m位于该陷落柱影响范围内，在距离采面切眼620m位置有X05陷落柱，短轴、长轴分别为25m、65m，轨道巷约有35m受该陷落柱影响。具体采面与陷落柱位置关系见图1。

图1 采面与陷落柱位置关系

2 轨道巷围岩条件及支护分析

2.1 围岩条件

当巷道掘进到陷落柱影响范围内时，由于受到陷落柱影响，岩层胶结能力差，围岩整体稳定性、承载能力差，同时在X06、X05陷落柱内岩层多是泥岩、砂质泥岩。

6806采面轨巷处于F50断层边缘，受到断层影响，巷道掘进范围内可能存在较强的构造应力，进一步会降低围岩稳定性，增加围岩控制难度。巷道在掘进过程中面临的顶板冒落及煤壁片帮等问题更为突出。采用普通锚网索支护方式时，锚杆、锚索不能与围岩充分接触，甚至会造成局部区域应力集中进一步恶化围岩受力[6～8]。

2.2 巷道围岩支护分析

2.1 陷落柱内岩性性质

陷落柱内岩性性质复杂、破碎的岩层胶结能力与围岩承载能力密切相关，前期勘探对陷落柱内的破碎岩石、充填物及胶结情况进行详细探测。得知在陷落柱内破碎的岩层赋存较为稳定，内部不含水，为后续巷道支护提供可靠指导。

2.2 预应力锚索支护

采用高强预应力锚索对巷道过陷落柱时围岩进行控制，采用的锚索允许巷道围岩出现一定变形，通过最大幅度的发挥围岩承载能力来达到控制围岩变形目的。

2.3 锚杆支护

在巷道围岩中采用锚杆支护可以提升围岩轴向力及切向力，提升围岩的抗剪强度，避免出现剪切破坏。配合采用锚索支护，可以充分发挥深部岩层承载能力，避免出现巷道顶板冒落。同时配合采用锚网提升对巷道表层岩层控制能力，增强岩围岩完整性及抗变形能力，控制围岩变形。

2.4 表层围岩及时喷浆

巷道掘进完成后即可进行初喷，降低表层岩层风化、侵蚀程度，同时可以封堵表层岩层裂隙，避免出现破碎岩块冒落。在施工完锚杆、锚索及金属网后进行复喷，进一步提升围岩完成性，降低巷道围岩变形量。

3 巷道过陷落柱围岩支护技术

6806采面轨巷掘进过X06及X05陷落柱，地质勘探资料表明，陷落柱内的充填物为泥岩、砂岩，胶结密实，考虑到陷落柱影响范围内岩层破碎加之附近有F50断层，围岩受力复杂，采用传统的支护方式难以保证巷道围岩稳定。经过综合分析，采用“锚网索梁+喷浆+单点锚索”支护方式，支护参数见表1。具体巷道支护断面见图2。

表1 巷道支护参数

图2 巷道支护示意图

在巷道顶板支护时采用长4.2m槽钢配合采用单点锚索对顶板进行补强，单点锚索布置在两个临近锚索中间进行巷道补强支护，单点锚索施工间排距为2.0m*2.4m。在巷道顶板及巷帮采用规格2.0m*0.9m金属网进行支护，网孔为0.25m*0.25m。

喷浆分两次(初喷、复喷)，巷道掘进后立刻初喷，厚度在5cm～6cm，待锚网索支护完成后进行复喷工作，喷浆层厚度在6cm～7cm，确保喷浆层总厚度在12cm以上。喷浆材料为水泥、水及细砂，距离比例为水泥：砂纸：水=1：2：2。巷道喷浆从下到上缓慢进行，喷枪与巷道表面间距控制在800mm～1000mm。

4 支护效果分析

巷道掘进至X05陷落柱后并按照设计支护参数支护完成后，观测巷道表层围岩变形情况，结果见图3。

图3 围岩变形监测结果

从图中看出，巷道采取提出的围岩支护措施25d后，围岩变形量基本趋于稳定。待支护完成60d后，巷道顶板、巷帮最大位移量分别稳定在140mm、155mm。表明文中提出的围岩支护方案可以对陷落柱内的破碎岩层进行控制。

5 总结

1)受陷落柱影响，巷道围岩内裂隙稳定性及承载能力较差，巷道掘进过陷落柱时极易出现顶板脱落、煤壁片帮等事故。在制定围岩支护方案时，应结合陷落柱实际地质条件，采取有针对性的围岩控制措施。

2)根据围岩岩性，在6806采面轨巷过X06、X05陷落柱时采用“锚网索+喷浆+单点锚索”支护方式，对围岩进行控制。现场应用后顶板、巷帮变形量为140mm、155mm，有效控制了围岩变形，为后续采面开采创造了良好条件。