王坡煤矿破碎煤岩体巷道支护与加固技术研究

庞志军 张泽飞 张建国

（1.河南理工大学，河南省焦作市，454003；（2.晋城市城区人民政府，山西省晋城市，048000；（3.山西天地王坡煤业有限公司，山西省晋城市，048021）

1 工程概况

王坡煤矿3＃煤层地质构造和水文地质条件简单，埋藏深度中等。煤层平均厚度5.97 m，平均倾角6°，全区稳定可采。3＃煤层岩性特征如表1所示。

王坡煤矿二采区变电所、水泵房等永久硐室，分别布置在集中轨道巷与集中回风巷、集中带式输送机巷之间，局部巷道布置密度高、距离近，形成了近距离高密度巷道群，巷道围岩稳定性差，邻近区域采掘影响造成围岩失稳甚至变形破坏。前期，受新掘巷道开挖影响，掘进动压导致巷道群围岩失稳、变形增大。由于4 条集中大巷、二采区变电所、水仓等巷道或硐室服务于矿井3＃煤层的开采全过程，服务期为20a以上，为确保该区域巷道硐室等巷道群安全，必须对相关井巷进行加固处理。本次研究主要对集中带式输送机巷新掘巷道进行模拟和试验，从而改进支护设计方案。

表1 3＃煤层岩性特征

2 支护技术分析

2.1 破碎煤岩体巷道变形特征

经过对王坡煤矿现有破碎煤岩巷道现场数据观测分析，结合煤岩物理力学性质研究，发现其主要变形特征为：

（1）两帮内挤。巷道两帮移近量大，煤帮向巷道内鼓出，出现纵向张裂及巷帮整体移近现象。

（2）顶板弯曲下沉、断裂。顶板在高水平应力作用下，发生弯曲、离层、断裂，稳定性明显降低，如不采取有效措施，极易发生冒顶事故。

（3）巷道底臌。王坡煤矿破碎煤层巷道底臌现象普遍存在。大量实测数据表明，巷道顶底板的移近量大约有60%以上是由底臌引起的。

（4）巷道整体变形。巷道四周压力均较大，宏观表现为巷道整体收缩，断面收缩率很大，导致巷道无法满足通风、运输、行人的要求。

2.2 影响锚杆支护效果的关键因素分析

（1）由于锚杆安装时施加的预应力比较小，锚杆仍属于被动支护，不能控制围岩结构面早期的离层、滑动和裂隙张开，导致围岩强度和整体性明显降低，出现较大变形。

（2）锚杆、锚杆构件 （托梁、托盘）强度偏低。

（3）护表构件 （钢带、金属网等）的力学性能与锚杆强度匹配性比较差，导致锚杆、锚索之间的围岩鼓出、变形比较大。

2.3 支护方案改进

集中带式输送机巷位于集中轨道巷和南部回风巷中间，沿3＃煤层顶板掘进，巷道断面为矩形，断面尺寸为4500mm×3400mm （宽×高）。通过对集中带式输送机巷新掘巷道采用有限差分数值模拟与井下试验，进行多方案比较，从控制巷道围岩变形和节省材料成本综合考虑，确定采用高预应力强力锚杆锚索支护系统。在巷道顶帮破碎严重地段采用注浆+锚索联合支护补强，高压注浆 （水泥基无机注浆材料）配合强力锚索支护的综合加固。

2.4 支护技术参数

锚杆采用BHRB500型ø22mm×2400mm 左旋无纵筋螺纹钢强力锚杆，配套10级螺母和球形垫圈，采用树脂锚固剂锚固，配合厚4 mm W 型钢带和10＃铁丝编织而成的菱形金属网进行护顶、护帮，顶、帮锚杆间排距950mm×1000mm，每两排锚杆间布置两根ø22mm×5300mm 高强度低松弛预应力钢绞线锚索，锚索间排距1800 mm×2000mm，配套最大承载能力为590kN 拱形高强度托盘、调心球垫及锁具，托盘尺寸300 mm×300mm×16mm。

2.5 注浆技术参数

注浆材料采用525＃普通硅酸盐水泥加水玻璃浆，浆液水灰比为0.7∶1～1∶1，水泥浆和水玻璃的体积比为1∶0.4～1∶1。注浆浅孔和深孔长度分别为3000mm 和5000mm，注浆压力分别不超过2 MPa和5 MPa。

3 支护效果及分析

在高预应力强力锚杆锚索支护后的集中带式输送机巷道内布置多个测点进行定期监测。矿压监测结果表明，巷道围岩应力集中区域主要分布于巷道顶底板，巷道顶底板最大垂直位移为78 mm，巷道两帮最大水平位移为52 mm。能够满足煤矿安全生产需要，达到了预期的目的。

4 结论

（1）王坡煤矿破碎煤岩体巷道 采用高预应力强力锚杆支护系统后，井下试验表明支护系统方案合理，能够有效控制破碎煤岩体巷道变形。

（2）锚杆、锚索的组合构件可均衡锚杆 （索）受力，提高锚杆 （索）支护的整体作用，是高强度锚杆支护系统不可缺少的部件。

（3）注浆加固技术能够有效胶结破碎的围岩体，提高围岩的完整性和可锚性，大大增强了锚杆锚索的作用力，改善了巷道围岩受力，控制了巷道变形。

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