金能煤业穿层巷道围岩变形及锚注喷联合控制技术.pdf

562023 年第 8 期金能煤业穿层巷道围岩变形及锚注喷联合控制技术任泽明（霍州煤电集团金能煤业有限公司，山西 忻州 035100）摘 要 为解决金能煤业穿层巷道围岩大变形现象，采用数值模拟和现场试验的方法，模拟分析了不同工况条件下试验巷道围岩变形规律，巷道在穿层过程中围岩变形将显著增加。基于此，提出在东翼集中回风上山穿层范围采用分区域锚注喷联合控制技术。技术应用后，实现了东翼集中回风上山的稳定控制。关键词 穿层；巷道；支护；注浆 中图分类号 TD353 文献标识码 B doi:10.3969/j.issn.1005-2801.2023.08.019Deformation of the Cross Layers Roadway Surrounding Rock and Joint Control Technology of Anchor Grouting and Spray in Jinneng Coal IndustryRen Zeming(Huozhou Coal Electricity Group Jinneng Coal Industry Co.,Ltd.,Shanxi Xinzhou 035100)Abstract:In order to solve the problem of large deformation phenomenon of the cross layers roadway surrounding rock of Jinneng Coal Industry,numerical simulation and on-site testing methods are used to simulate and analyze the deformation law of the test roadway surrounding rock under different working conditions.During the process of roadway crossing layers,the deformation of the surrounding rock will significantly increase.Based on this,it is proposed to use a regional anchor grouting and spray joint control technology in the range of centralized return air uphill and crossing layers in the east wing.After the application of the technology,stable control of centralized return air uphill in the east wing is achieved.Key words:cross layer;roadway;support;grouting收稿日期 2023-01-04作者简介 任泽明（1992），男，山西介休人，2017 年毕业于中国矿业大学机械电子工程专业，本科，助理工程师，从事煤炭开采技术管理工作。任泽明：金能煤业穿层巷道围岩变形及锚注喷联合控制技术受地层赋存条件和矿井开拓部署需要，巷道掘进时会面临着穿层现象。由于不同岩层自身结构和承载能力的差异性，当巷道穿过软硬岩层交替的界面时，巷道易在软弱岩层部位出现变形破坏，甚至诱发围岩整体结构失稳。因此，不少专家学者对穿层巷道围岩变形失稳规律进行研究，提出了相适应的控制技术1-5。金能煤业东翼集中回风上山担负中一采区回风任务，根据地质资料显示，东翼集中回风上山在掘进过程中将揭露细粒砂岩、砂质泥岩、煤层等不同岩层，在穿层过程中围岩易出现大变形现象。因此，以东翼集中回风上山掘进揭露不同岩层为工程背景，通过分析不同工况条件下穿层巷道围岩变形规律，开展穿层巷道围岩变形及锚注喷联合控制技术研究与应用，为类似巷道围岩控制提供借鉴。1 工程概况东翼集中回风上山开口位置为+980 m 轨道大巷，巷道设计直墙半圆拱形断面，宽度 5.0 m，墙高 1.15 m，设计长度 1306 m。巷道掘进层位属于二叠系下统山西组 2#煤，2#煤厚 0.60.4 m，煤层含04 层夹矸，结构复杂，煤层倾角 7 28。煤层基本顶为砂质泥岩，厚度6.37 m，深灰色，水平层理，质硬；直接顶为泥岩，厚度 4 m，浅灰色；直接底为砂质泥岩，厚度 2.6 m，深灰色，松软；基本底为细粒泥岩，厚度 9.6 m，浅灰色，坚硬。东翼集中回风上山开口位置位于基本底岩层细粒砂岩，以12倾角向上掘进，巷道掘进时主要揭露细粒砂岩、砂质泥岩、煤层等岩层。572023 年第 8 期任泽明：金能煤业穿层巷道围岩变形及锚注喷联合控制技术2 穿层巷道围岩变形规律基于东翼集中回风上山生产地质条件，采用FLAC3D数值模拟软件，建立穿层巷道数值计算模型，模拟分析不同工况条件下巷道围岩变形规律，如图1。GK1 为巷道位于细粒泥岩中，GK2 为巷道位于细粒泥岩、砂质泥岩中，GK3 为巷道位于砂质泥岩、煤层中，GK4 为巷道位于煤层中。（a）顶板和肩部（b）底板和帮部图 1 穿层巷道围岩变形情况由图 1（a）、（b）分析可知，巷道在穿层过程中不同工况下（GK1GK4）顶板下沉量分别为 45 mm、147 mm、272 mm、255 mm，呈“GK1GK2GK4GK3”的 规 律；肩 角 变 形 量分别为 40 mm、144 mm、237 mm、215 mm，呈“GK1GK2GK4GK3”的 规 律；底 鼓 量 分别为 71 mm、105 mm、196 mm、232 mm，呈“GK1GK2GK3GK4”的 演 化；帮 部 移 近 量分 别 为 56 mm、66 mm、201 mm、225 mm，呈“GK1GK2GK3GK4”的规律。整体看，巷道位于细粒泥岩时，其围岩变形最小；巷道由细粒泥岩揭露穿层至砂质泥岩时，巷道顶板及肩角位置变形量显著增加；巷道由砂质泥岩揭露穿层至煤层时，巷道围岩变形均呈增加趋势；巷道沿煤层掘进时，顶板变形量相对减小，底鼓量相对增加。3 穿层巷道锚注喷联合控制技术基于穿层巷道围岩变形规律分析，巷道位于细粒泥岩层位时，围岩变形量相对较小，巷道由细粒泥岩依次揭露至砂质泥岩、煤层时，巷道围岩变形显著增加。因此，东翼集中回风上山围岩应采用分区域控制技术。1）细粒砂岩段巷道巷道采用锚杆+锚索+注浆锚杆+金属网+喷射混凝土支护。混凝土喷层采用二次喷射，巷道掘进后，及时喷射混凝土，混凝土喷层厚度 70 mm，强度 C20。然后进行锚杆+锚索+注浆锚杆+金属网支护，锚杆直径 20 mm、长度 2200 mm，间排距 800 mm800 mm，每排布置 12 根；锚索直径 22 mm、长度 7500 mm，间排距 1400 mm、1600 mm1600 mm，每排布置 3 根；注浆锚杆直径 25 mm、长度 2500 mm，间排距 1600 mm1600 mm，每排布置 5 根；金属网采用直径 6 mm 钢筋焊接的钢筋网，规格 800 mm800 mm，网格规格 100 mm100 mm。锚网索支护完成后，进行第二次复喷混凝土。二次复喷喷层厚度 80 mm，强度 C20。巷道支护断面如图 2（a）。2）穿层及砂质泥岩、煤层段巷道巷道采用锚杆+锚索+注浆锚杆+金属网+喷射混凝土支护。混凝土喷层采用三次喷射，巷道掘进后，及时喷射混凝土，混凝土喷层厚度 30 mm，强度 C20。然后进行锚杆+锚索+金属网，锚杆直径 20 mm、长 度 2200 mm，间 排 距 800 mm800 mm，每排布置 12 根；锚索直径 22 mm、长度 7500 mm，间排距 1400 mm、1600 mm1600 mm，每排布置5根；金属网采用直径6 mm钢筋焊接的钢筋网，规 格 800 mm800 mm，网 格 规 格 100 mm100 mm。锚网索支护完成后，进行二次复喷混凝土，复喷厚度 70 mm，强度 C20。复喷后施工注浆锚杆，注浆锚杆直径 25 mm、长度 2500 mm，间排距 1600 mm1600 mm，每排布置5根。注浆锚杆施工完成后，进行第三次复喷混凝土，三次复喷厚度 50 mm，强度 C20。巷道支护断面如图 2（b）。（a）细粒泥岩段巷道支护断面582023 年第 8 期（b）穿层及砂质泥岩、煤层段巷道支护断面图 2 东翼集中回风上山支护断面图（mm）4 工程应用将穿层巷道锚注喷联合控制技术应用于东翼集中回风上山，监测了掘进时期（细粒砂岩段和砂质泥岩段）的巷道顶板离层和围岩变形，如图 3、图 4。（a）测站 1 （b）测站 2图 3 东翼集中回风上山顶板离层情况图 3 给出了东翼集中回风上山掘进时期的顶板离层钻孔窥视情况。由测试结果可知，当东翼集中回风上山掘进揭露的顶板为细粒砂岩时，试验巷道掘进过程中未出现裂隙发育和离层情况，表明掘进对试验巷道围岩扰动影响较小。当东翼集中回风上山掘进揭露的顶板为砂质泥岩时，试验巷道掘进过程中，顶板岩层裂隙较为发育，且局部出现离层，巷道支护后，离层现象得到改善。图 4 给出了东翼集中回风上山掘进时期围岩变形情况。由图可知，细粒砂岩段巷道掘进 15 d 内，巷道围岩发生快速变形，之后巷道变形逐渐稳定。巷道掘进稳定后，顶底板相对移近量为 298 mm，两帮移近量为223 mm。砂质泥岩段巷道掘进35 d内，巷道围岩发生快速变形，之后巷道变形逐渐稳定。巷道掘进稳定后，顶底板相对移近量为 309 mm，两帮移近量为 225 mm。砂质泥岩段巷道掘进稳定时间较长，变形相对较大。整体看，东翼集中回风上山掘进期间围岩变形可控，表明了穿层巷道锚注喷联合控制技术的合理性和优越性。（a）测站 1（细粒砂岩段）（b）测站 2（砂质泥岩段）图 4 东翼集中回风上山围岩变形情况5 结论以金能煤业东翼集中回风上山地质条件为工程背景，采用数值模拟和现场试验的方法，模拟分析了不同工况条件下巷道围岩变形规律。基于此，开发了穿层巷道锚注喷联合控制技术。技术应用后，监测了东翼集中回风上山掘进时期（细粒砂岩段和砂质泥岩段）的巷道顶板离层和围岩变形。砂质泥岩段巷道掘进稳定时间较长，变形相对较大。整体看，东翼集中回风上山掘进期间围岩变形可控，表明了穿层巷道锚注喷联合控制技术的合理性和优越性。【参考文献】1 王巍，王占宝.穿层巷道过软岩段掘进技术研究J.煤炭科学技术，2021，49（S2）：46-49.2 张添力，宁杉，张充.煤层底板穿层巷道围岩分段支护技术J.矿业研究与开发，2021，41（10）：115-120.3 刘彦武.不同岩性穿层巷道围岩变形特征分析 J.山东煤炭科技，2020（06）：48-50.4 宁杉.跨采穿层巷道围岩变形特征及分段控制技术研究 D.青岛：山东科技大学，2019.5 高青宏.某煤矿穿层巷道施工及支护效果分析 J.内蒙古煤炭经济，2019（04）：54+58.