原相煤矿松软煤层巷道围岩控制技术研究

张厚明

（太原华润煤业有限公司，山西 古交 030200）

原相煤矿煤层埋藏深，顶底板岩性松软，矿压显现明显，巷道严重变形。注浆技术与理论经过多年的发展，广泛应用于矿山，在巷道加固、改善巷道围岩条件等方面具有很大的优势[1-3]。本文以原相煤矿10208 外切眼为工程背景，结合对原有支护方式及巷道围岩影响因素的分析，调整了10208 外切眼的支护方案，在锚网索联合支护的基础上进行注浆加固，通过工程实践，技术经济效益显著。

10208 综采工作面位于矿井南翼一采区，主采2#煤层，煤层埋深为660～700 m，工作面范围内煤层赋存稳定，煤层倾角0°～12°,平均6°，采高1.7～1.8 m，走向长530 m，倾斜长150 m，采用综采工艺，全部垮落法管理顶板，采用沿空留巷工艺，一巷多用，无煤柱开采。工作面北部在2#煤层布置了与工作面顺槽平行的10208 瓦斯治理巷，采用“两进一回”通风方式，即轨道巷和皮带巷进风、瓦斯治理巷回风。10208 外切眼连接瓦斯治理巷和工作面，用于回风，内外切眼之间的保护煤柱30 m。10208 外切眼沿2#煤层底板掘进，顶板为砂质泥岩，底板为泥质砂岩。两帮煤体在高地应力和采动矿压的影响下，煤体强度降低，属于松软煤层。外切眼设计长度184 m，设计断面4000 mm（宽）×2600 mm（高）。10208 工作面布置图如图1，顶底板情况见表1。

表1 煤层顶底板情况表

图1 10208 工作面布置示意图

2.1 巷道失稳的主要形式

布置在煤层中的巷道一般为矩形巷道，沿顶板掘进，采用锚网索联合支护。巷道的破坏形式主要有两种（图2）：两帮松软煤层发生内挤，对顶板支撑力降低，顶板破坏严重，导致整个巷道失稳；
顶底板不稳定时，两帮内挤，整个巷道发生变形失稳。

图2 巷道失稳主要形式

2.2 巷道围岩破坏主要影响因素

通过对10208 外切眼的地质条件、开采情况并结合原有支护巷道失稳形式等方面进行分析，造成巷道围岩破坏的主要因素有以下几方面：

（1）巷道围岩性质。巷道布置在2#煤层中，顶底板为砂质泥岩，煤层及其顶底板岩石强度低，尤其巷道两帮煤体松软破碎，将导致顶板难以形成承载结构。顶底板为砂质泥岩，其节理和裂隙发育，在井下潮湿环境影响下，易风化侵蚀，为巷道围岩大变形创造了物质基础。

（2）上覆岩层压力。随着矿井开采深度的增加，地应力逐渐增大，巷道顶板所承受的上覆岩层压力转向了两帮煤体和底板，当巷道围岩应力大于岩石强度极限，且支护结构强度不够，承受不住其载荷时，巷道将发生变形破坏。

（3）采动压力。10208 外切眼与工作面切眼的距离为30 m，为10208 外切眼的保护煤柱，在高地应力和采动影响下，原本松软、破碎，裂隙发育围岩体在动压作用下，巷道发生失稳而被破坏。

（4）支护方式与围岩条件适应性差。巷道原有的支护方式采用锚网索联合支护，由于巷道围岩松软破碎，锚杆形成的组合梁整体性差，锚杆难以充分发挥其作用，造成顶板整体下沉，难以控制巷道的稳定。

针对巷道围岩的破坏形式和主要影响因素，提出了“浅孔低压+深孔高压”分层次耦合注浆加固与锚网索联合支护的控制技术。通过这种“深-浅”耦合加固作用，使巷道浅部围岩破碎区域形成一个整体，浅部岩体的抗破坏能力得到加强；
在巷道围岩深部形成具有一定厚度、完整的注浆加固圈，提高围岩的整体性能，从而形成深部和浅部围岩相互支撑、互为承载体的耦合加固巷道围岩控制技术[4-5]。

3.1 锚网索联合支护参数

10208 外切眼锚杆采用Ф20 mm×2200 mm 螺纹钢锚杆，顶部每排5 根，间排距800 mm×800 mm；
帮部每排3 根，间排距800 mm×800 mm。顶板锚杆每排铺设3800 mm 的W 型钢带，钢带宽300 mm，厚3 mm，网片全部采用8#镀锌铁丝菱形网。锚索均采用Ф17.8 mm×6000 mm 低松弛钢绞线（锚索长度根据实际情况可调整），每排3 根锚索，间排距为1600 mm×800 mm。锚网索联合支护方案如图3。

图3 锚网索联合支护方案（mm）

3.2 注浆加固参数设计

3.2.1 注浆孔参数设计

注浆孔在巷道轮廓线上均匀布置，沿前进方向与巷道轮廓线垂直。施工注浆孔Ф42 mm，其中外切眼里段存在巷道变坡及断面变化情况，视现场情况需要再局部调整。注浆平面图如图4。

图4 注浆平面图（mm）

每排布置10 个浅孔、10 个深孔，深孔浅孔交替布置，深孔长度4000 mm，浅孔长度2000 mm，孔径Ф42 mm。布置方式情况说明如下：

浅孔：排距2000 mm，顶板每排布置浅孔4 个，孔间距1000 mm，靠近两帮侧钻孔与巷道水平方向成75°夹角；
两帮每排各布置浅孔3 个，孔间距1000 mm，靠近顶底板两个钻孔与巷道垂直方向成75°夹角。

深孔：排距2000 mm（与浅孔排距1000 mm)，顶板每排布置深孔3 个，孔间距1800 mm，靠近两帮侧钻孔角度与巷道水平方向成60°夹角；
两帮每排各布置深孔2 个，孔间距1000 mm，水平布置；
底板每排布置深孔3 个，钻孔间距如图所示，钻孔与巷道水平方向成45°夹角，两侧钻孔再向帮部偏45°。

3.2.2 注浆材料配比设计

水灰比为0.35:1[水/（水泥+添加剂）]，水泥规格为P.O42.5 普通硅酸盐水泥，粉状ZKG 型高性能外加剂为水泥量的10%。

水 泥（P.O42.5）: 添 加 剂: 水（质 量 比）=1:0.1:0.385，现场施工可局部调整。需要根据搅拌桶的单次加料量和尺寸，换算一下水位高度。

10208 外切眼注浆共施工钻孔1187 个，注浆量110 t，添加剂使用13 t。围岩变形观测点采用“十字布点法”，每隔10 m 布置一组测点。围岩移近量如图5。

图5 注浆后巷道围岩移近量

对注浆围岩情况进行分析，注浆前两帮变形量在120～280 mm，顶底板变形量220～300 mm；
注浆后两帮变形量10～150 mm，顶底板变形量20～100 mm。注浆后围岩控制效果明显。

（1）松软煤层巷道失稳的主要形式为两帮破坏引起的巷道失稳、顶底板不稳定时巷道失稳等两种，失稳的主要影响因素为巷道围岩性质、上覆岩层压力、采动压力、支护方式等。

（2）提出了锚网索联合支护与“浅孔低压+深孔高压”分层次耦合注浆相结合的围岩控制技术，确定了合理的支护参数及注浆参数。

（3）现场实测表明，10208 外切眼注浆后两帮和顶底板移近量大幅度地减少，巷道围岩控制效果良好。