相邻掘进扰动下泥质软岩巷道围岩变形规律现场实测研究

相邻掘进扰动下泥质软岩巷道围岩变形规律现场实测研究

罗伟

（中煤华晋集团晋城能源有限公司，山西 晋城 048200）

摘要：为研究临近巷道掘进对已掘泥质软岩巷道围岩稳定性的影响问题，以里必煤矿中央辅助运输大巷（西）与中央带式输送机大巷（西）掘进工程为研究背景，通过在中央辅助运输大巷布置密集围岩观测点，研究中央带式输送机大巷（西）掘进对中央辅助运输大巷（西）已掘巷道的扰动影响，进而确定临近的中央带式输送机大巷（西）掘进对中央辅助运输大巷（西）掘进影响范围为30~90m，进一步确定中央辅助运输大巷（西）掘进工作面喷浆成巷距工作面迎头距离。

关键词：泥质软岩；掘进扰动；围岩；变形

中图分类号：TD326    文献标志码：A

0引言

巷道掘进过程中产生的应力与施工扰动常会造成临近先掘巷道矿压显现程度进一步增加，造成巷道变形、喷浆开裂，增加了巷道维护难度和返修成本，威胁矿井安全高效生产[1-6]。对巷道矿压的现场监测是揭示矿山压力显现规律的重要科学手段之一[7-11]。为了分析泥质软岩巷道在临近巷道掘进过程中的矿压显现规律，为巷道支护工艺参数优化奠定基础，本文针对里必煤矿中央辅助运输大巷受邻近巷道掘进扰动影响下的围岩变形情况进行了现场实测研究。

1 工程地质概况

里必煤矿设计生产能力4.00Mt/a，目前处于基本建设阶段，矿井共布置4个井筒，主斜井、副立井、进风立井、回风立井，矿井设计为单水平开采，水平标高+285.5m，水平内布置3条盘区岩石大巷，分别为中央辅助运输大巷、中央带式输送机大巷、中央回风大巷。巷道设计布置5#煤层底板的泥岩中，XRD衍射试验分析表明：泥岩矿物主要成分为粘土矿物，含量为59.9%，其中高岭石含量20.6%，蒙脱石含量26.3%，伊利石含量9.6%，；其余为石英和少量黄铁矿，含量分别为40.1%和3.4%。中央辅助运输大巷自矿井3号大巷联络巷分为中央辅助运输大巷（西）、中央辅助运输大巷（东），中央辅助运输大巷（西）为全断面泥岩巷道，巷道掘进喷浆后出现顶板及两肩窝浆皮开裂现象。

图1 巷道布置层位图

图2 巷道布置平面图

2 巷道支护方案

中央辅助运输大巷设计掘进宽度5900mm、掘进高度4850mm，掘进断面24.88m2，巷道净宽5600mm、掘进高度4400mm，净断面21.28m2，巷道采用锚网（索）喷支护，喷浆厚度150mm，锚杆采用φ22×2800mm的HRB500左旋螺纹钢筋，间排距800×800mm，每排布置17根，锚杆托盘为200×200×10mm的Q235碟形钢板，锚固剂采用一卷MSZ23/60和一卷MSK23/35型树脂药卷，预紧力矩400N·m，锚固力不低于200kN；锚索采用φ21.8×7700mm钢绞线，间排距1200×1600mm，每排布置7根，锚索托板为300×300×15mm的Q235碟形钢板，锚固剂采用两卷MSZ23/60和一卷MSK23/35型树脂药卷，预紧力不低于180kN；金属网采用φ6.0mm的HPB300钢筋制作，网格大小为100×100mm，搭接为100mm，接茬处采用14号绑丝单股双侧绑扎，逢空必连扣死，绑扎点间距不大于100mm。

（a）锚杆支护断面图

（b）锚索支护断面图

图3 巷道支护断面图

3 巷道施工现状

中央辅助运输大巷为矿井辅助运输巷道，设计长度2647m，其中中央辅助运输大巷（西）1509m，目前已施工至里程801m。临近巷道为中央带式输送机大巷，巷道间距34.4m设计长度2449m，其中中央带式输送机大巷（西）1515m，目前已施工至里程710m。中央辅助运输大巷（西）与中央带式输送机大巷（西）巷道均布置在10.4m厚的泥岩中。中央辅助运输大巷（西）、中央带式输送机大巷（西）均采用综掘施工，分别装备EBZ-318（H）、EBZ-300（H）悬臂式综掘机，配套CMM2-25锚杆支护钻车、带式输送机，实现掘、支、运作业。

4 巷道矿压显现情况与围岩变形监测

4.1巷道矿压显现情况

中央辅助运输大巷（西）掘进过程中始终超前于中央带式输送机大巷（西），中央辅助运输大巷（西）在自身掘进后受应力重新分布影响导致巷道矿压显现，掘进初喷后巷道顶板出现浆皮开裂现象，如图4（a）所示。中央带式输送机大巷（西）掘进至同一位置前后，中央辅助运输大巷（西）受临近巷道掘进影响及应力二次重新分布影响巷道矿压增大，巷道顶板及肩窝出现离层现象，如4（b）图所示。为合理确定中央辅助运输大巷（西）巷道复喷成巷滞后工作面迎头距离，充分释放矿压，减少二次成巷施工时间及成本，在中央辅助运输大巷（西）布置密集围岩观测站，通过观测围岩变化情况确定复喷成巷滞后工作面距离。

（a）巷道顶板开裂

（b）巷道肩窝离层

图4 巷道支护断面图

4.2巷道围岩变形监测方法

本次测站布置采用十字布点法，因巷道底板为未硬化临时底板，本次监测点布置在巷道顶板及两帮，主要监测顶板及帮部位移变化，测点采用500-600mm钎杆，嵌入巷道深度大于300mm。

在中央辅助运输大巷（西）里程270m、290m、300m、310m、320m、330m分别共布置6组矿压监测站，观测周期为2周。

图5 巷道围岩变形观测测点布置断面图

图6 巷道围岩变形观测测点布置断面图

4.3巷道围变形分析

根据监测数据来看，当中央带式输送机大巷（西）掘进至里程322.8m处，中央辅助运输大巷（西）270m-330m各矿压监测点巷道均出现不同程度的位移，当中央带式输送机大巷掘进至里程325.2m处，中央辅助运输大巷270m里程测站依旧存在变形，当中央带式输送机大巷（西）掘进至与测站同一里程附近，测站变形速率最大，当中央带式输送机大巷（西）掘进至里程357.8m处各测站变形稳定，初步确定中央带式输送机大巷（西）对中央辅助运输大巷（西）掘进影响范围为30~90m。

图7 巷道顶板变形

图8 巷道右帮变形

5 结语

中央辅助运输大巷（西）巷道在掘进后进行初喷，初喷厚度确保全面覆盖金属网，复喷成巷距离工作面距离应保持在中央辅助运输大巷（西）超前中央带式输送机大巷（西）工作面距离+90m。现场实际施工过程中中央辅助运输大巷（西）超前中央带式输送机大巷（西）始终保持在50m左右，中央辅助运输大巷（西）工作面喷浆成巷距迎头距离始终保持在150m左右，巷道复喷成巷后顶板未出现浆皮开裂现象，顶、帮巷道变形保持不变，对提高巷道质量控制及减少巷道施工成本具有较大意义。

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