双翼开采条件下煤层大巷稳定性控制技术

张 维

(陕西黄陵二号煤矿有限公司，陕西 黄陵 727307)

0 引言

黄陵矿区煤田地质条件相对简单，煤层较厚，大巷多布置在煤层内[1]，受两翼工作面采动应力的影响，如果支护方式不当，易发生严重失稳变形[2-3]。黄陵二号煤矿四盘区煤层平均厚度为5 m，共布置4条大巷：1#辅助大巷、2#辅助大巷、回风大巷以及胶带大巷。4条大巷均沿煤层布置，受两翼工作面回采的影响，大巷出现了顶板冒落、帮部内鼓、片帮及底鼓等现象，严重影响了矿井正常的安全高效开采。因此，开展双翼开采条件下大断面煤层巷道稳定控制技术研究，对于黄陵二号煤矿及类似地质条件下煤矿的安全高效开采具有较高的现实意义及实践价值。

1 巷道失稳特征分析

1.1 巷道概况

黄陵二号煤矿主采2#煤层，四盘区埋深500 m，4条大巷位于四盘区中部，两翼布置工作面。大巷均采用半圆拱形断面，如图1所示。

图1 四盘区大巷支护断面

大巷均采用锚网喷支护，锚杆采用φ20 mm×2 100 mm螺纹钢锚杆，锚杆的间排距为800 mm×800 mm，采用菱形布置，每根锚杆采用2节锚固剂进行锚固，分别为1节MSK2330型和1节MSZ2335型锚固剂。网片均为φ6.5 mm钢筋网片，孔格为150 mm×150 mm。锚索均采用的单锚索，规格为φ17.8 mm×8 300 mm钢绞线，以3根/2 m的形式布置，每根锚索采用4节锚固剂进行锚固，分别为1节MSK2335型、1节MSZ2335型和2节MSZ2360型锚固剂，单锚索托盘采用16b槽钢加工，长度为400 mm。喷浆厚度100 mm，强度C20。

1.2 巷道失稳破坏特征

根据四盘区大巷破坏失稳形态如图2所示，现场实测可知在两翼工作面回采期间，4条大巷均受到了两翼工作面回采的影响，产生了严重的破坏失稳，影响了四盘区工作面的安全高效生产，表1为大巷破坏失稳特征。

表1 大巷破坏失稳特征

1.3 巷道失稳因素分析

四盘区内，煤层上方为泥岩和砂质泥岩，厚度分别为1 m和4 m。直接底为泥岩，厚度1.4 m。顶底板单轴抗压强度分别为46.1 MPa和45.2 MPa，根据《工程岩体分级标准》，四盘区大巷的顶底板均属于次坚岩，且接近于软岩。

根据矿井地质图，四盘区煤层呈旋回构造如图3所示。4条大巷均位于该旋回构造的中部，大巷附近的水平地应力较大。同时，4条巷道均属于大断面巷道，围岩应力易集中，加上受工作面回采的影响，大巷附近围岩应力进一步集中，最大可达2.5。

a-1#辅助大巷；b-2#辅助大巷；c-2#辅助大巷；d-回风大巷；e-胶带大巷图2 大巷破坏失稳形态

图3 四盘区煤层底板等高线分布趋势

根据现场窥视结果，大巷围岩破碎的最大深度为2.2 m，而支护锚杆仅为2.0 m，这也表明了大巷原有的支护方案不合理，提供的支护强度不足，这也成为了四盘区大巷发生破坏失稳的重要因素。

2 巷道稳定性控制技术

2.1 大巷破坏失稳段修复加固

修复加固方式：针对大巷围岩已破碎的实际情况，采用“壁后注浆+巷道断面扩刷+永久支护+二次注浆加固”的方式，对大巷破坏段进行修复加固。壁后注浆是采取将注浆孔均匀交叉布置，浆液灌入围岩裂隙，最终砼与围岩结合形成整体，达到加大巷道围岩承压强度目的。设计注浆孔排距为4.0 m，孔深为5.0 m，孔间距1.5～2.0 m，每排施工7个钻孔，其中两帮各2个注浆孔，拱形顶部施工3个注浆孔。注浆以水泥单液浆为主，水泥浆水玻璃双液浆为辅的注浆方式，待注浆凝固后，再对巷道进行扩刷时，巷道破碎围岩已进行胶结，未发生大面积的片帮情况。大巷破坏失稳段采用“锚杆+锚索+网+16b槽钢梁+喷浆”联合支护方式进行修复。

顶帮锚杆：采用φ22 mm×3 500 mm螺纹钢锚杆，每根锚杆采用1节K2335型和3节Z2360型锚固剂进行全长锚固，锚杆托盘采用Q235钢板，规格为200 mm×200 mm×12 mm，锚杆间排距为800 mm×800 mm，菱形布置。

顶板锚索：均采用“一梁五索”布置，锚索规格为φ21.8 mm×12 300 mm19芯防腐锚索，锚索梁采用16b槽钢加工，梁长6 400 mm，孔距为1 500 mm，每根锚索均采用1节K2850型和3节Z2850型锚固剂进行锚固，锚索间排距为1 500 mm×1 600 mm。

帮部锚索：均采用“一梁两索”沿竖直方向布置，锚索规格为φ21.8 mm×6 300 mm19芯防腐锚索，锚索梁采用16b槽钢加工，梁长1 300 mm，孔距为1 000 mm，每根锚索采用1节K2850型和3节Z2850型锚固剂进行锚固，锚索间排距为1 000 mm×1 600 mm；网片采用φ6.5 mm冷拔钢筋网片，规格为1 000 mm×2 000 mm，孔格为100 mm×100 mm。喷浆厚度为100 mm，混凝土强度为C20。

2.2 大巷稳定段加固支护方式

对于尚未受损的已掘巷道，为避免发生破坏失稳，在原有支护的基础上，采用加固支护技术。

胶带大巷采用φ22 mm×3 500 mm的金属锚杆，每根锚杆采用1节K2335型和3节Z2360型锚固剂进行全长锚固，锚杆托盘采用200 mm×200 mm×12 mm的Q235钢板，锚杆间排距为800 mm×800 mm，菱形布置，顶板采用“一梁三索”，锚索为φ21.8 mm×8 300 mm 19芯防腐锚索，锚索梁采用16b槽钢加工，长度4 500 mm，孔距2 000 mm。

另外3条大巷顶帮锚杆均采用φ22 mm×3 500 mm无纵肋螺纹钢锚杆，每根锚杆采用1节Z2335型和3节Z2360型锚固剂进行锚固，帮部锚杆托盘配套的M5型托盘，顶板仍采用Q235钢板，规格为200 mm×200 mm×12 mm，间排距为800 mm×800 mm，矩形布置，两侧底脚的锚杆与巷帮成60°向下施工，其余锚杆与岩壁垂直，顶帮锚杆均采用球形调心垫片保证螺母的紧贴，帮部每排锚杆后压M5钢带，钢带长2 m，施工锚杆孔3个，孔距为800 mm。顶板锚索采用“一梁五索”布置，锚索规格为φ21.8 mm×8 300 mm 19芯防腐锚索，锚索梁采用16b槽钢加工，梁长6 400 mm，孔距为1 500 mm，每根锚索采用1节K2850型和3节Z2850型锚固剂进行锚固，锚索间排距为1 500 mm×1 600 mm;网片采用φ6.5 mm冷拔钢筋网片，规格为1 000 mm×2 000 mm，孔格为100 mm×100 mm。4条大巷均对支护进行喷浆封闭，喷浆厚度为70 mm，强度为C20。

3 工程实施效果

在大巷失稳破坏段修复过程中及施工后，采用钻孔窥视以及探地雷达等技术手段，探测了大巷围岩的完整性，并监测了大巷顶板、底板以及两帮移近量。现场监测结果如图4所示。

a-巷道底鼓量；b-两帮移近量；c-顶板下沉量图4 现场监测结果

通过钻孔窥视可知，未进行维修和加固前，巷道围岩内存在不同程度的裂隙，排除人为施工影响，探孔平滑度差，围岩裂隙较发育；而在维修加固后，18个探孔内仅出现1个局部小裂隙。

由探地雷达形成的影像图可知，经过注浆后，仅有零星地点注浆不饱和，大部分区域均能很好地实现注浆效果，起到了固化岩石的目的，增加了围岩的强度，为后期锚杆、锚索的加固支护创造了条件。

根据监测结果(图4)可知，在未修复时期内，顶板最大下沉速度约为20 mm/月，两帮移近速度及底鼓速度约为30 mm/月。通过采用修复加固技术，巷道围岩运动逐渐趋于稳定，一个月内位移量约为3 mm。

4 结论

(1)在原有支护条件下，黄陵二号煤矿四盘区大巷失稳破坏较严重，最大破坏深度为1 500 mm，最大破坏宽度为2 500 mm，严重影响了四盘区工作面的安全高效生产。

(2)四盘区大巷发生破坏失稳的因素主要包括巷道围岩、地质构造、两翼工作面采动以及支护强度。

(3)通过“壁后注浆+巷道断面扩刷+永久支护+二次注浆加固”的修复加固技术，对大巷破坏失稳段进行了加固修复，对未受损的已掘大巷，提出了加固支护方案。实测结果表明，大巷加固修复段围岩稳定，达到了工程目的。四盘区大巷的稳定对该矿井以及类似地质条件下巷道支护提供了工程实例，具有一定的实践价值和指导意义。