復雜條件下的綜放工作面巷道加強支護技術研究

楊磊

摘要：本文介紹了某礦14126工作面在周圍皆是采動影響下的巷道加強支護技術，在充分分析復雜的工作面外部環境的基礎上，提出了具有針對性的科學化的加固技術方案，很好地解決了工作面上部14128工作面采空區和14138工作面推進等對巷道的破壞性影響。

關鍵詞：復雜條件 動壓巷道 加強支護 支護技術

1 概況

14126工作面位于某礦-492m水平西二采區，該面東側為西二采區系統巷道（除西二6煤回風巷外其他均已施工完畢），南部為14136工作面，西至西風井6煤工廣煤柱線，北部14116設計工作面尚未施工。該面上方為14128和14138工作面，其中14128已回采完畢，14138工作面正在回采。由于14138和14126兩工作面平行布置，且14126運輸順槽外錯14138工作面44m，因此14126整個運輸順槽都將處在14138工作面回采動壓影響范圍內，屆時運順礦壓顯現將會異常劇烈，為保證巷道支護安全必須要提高運順動壓影響區段支護強度。

14126面長1336.1m，面寬176.6m，14126工作面兩巷掘進范圍內煤巖層總體呈單斜構造，走向近南北、傾向近東，在構造發育附近煤巖層產狀可能有一定變化。

6煤黑色，塊狀～片狀，間夾亮煤條帶，屬半亮型煤，煤層傾角5°～12°，平均7°，煤厚2.52～5.82m，平均為3.78m，地面標高+22.7m～+26.3m，工作面標高-501m～-558m。

14126掘進區域范圍內6煤直接頂為泥巖和煤線，厚0.5～12.42m，平均6.5m，巖性為灰色、中厚層塊狀，性軟易碎，局部含砂，具參差狀斷口，見植物化石碎片，中下部常見一平均厚約0.4m的煤線；老頂為淺灰白色中粒砂巖，厚0～4.64m，平均2.0m；老底為砂質泥巖，厚0～3.7m，平均1.01m。

2 巷道支護的技術分析及對策

2.1 巷道支護技術分析 ①巷道頂板巖性相變大。由14126綜采面附近鉆孔資料分析可知，巷道多數區段直接頂砂質泥巖的厚度達5m以上，因此控制直接頂離層失穩的難度大。②由于14138和14126兩工作面平行布置，因此14126運輸順槽受14138工作面回采動壓影響范圍大。③巷道在服務期間內受到多次重復采動影響，巷道圍巖控制難度大，支護體與圍巖共同承載作用降低。

2.2 巷道支護技術對策 根據14126綜采面的采礦地質條件和巷道支護技術分析，在14126綜采面掘進支護設計中擬采取以下技術對策：

2.2.1 用高強度錨桿支護系統強化巷道圍巖強度。錨桿的作用是對其錨固范圍內的煤體提供軸向和徑向約束，軸向約束來自錨桿的軸向力，通過護表構件、桿體與孔壁間的作用力對巷道圍巖施加圍壓，將圍巖由單向雙向受力狀態轉化為雙向三向受力狀態；徑向約束主要表現為錨桿桿體和錨固劑所提供的抗剪能力，它增加了節理面間的摩擦力，限制了節理面的相對錯動，改善了圍巖弱面的力學性質，尤其高強度錨桿支護系統能夠使錨固體達到極限強度后的殘余內摩擦角和內聚力以及錨桿支護阻力大大提高，特別是支護阻力的提高能顯著提高動壓巷道圍巖的殘余強度和承載能力。通過預應力的作用，錨桿與其錨固范圍內的煤體形成具有一定承載能力、可適應圍巖變形的承載結構，從而達到提高圍巖強度的目的。

2.2.2 加強14126綜采面運輸順槽頂板支護。由于14126綜采面運輸順槽在服務期間內，不僅受到本工作面回采動壓影響，而且在掘進過程中還將受到其上覆14138工作面回采動壓影響，巷道圍巖應力環境較一般實體巷道更加復雜，巷道圍巖變形量及礦壓顯現程度也較一般實體更加劇烈。為了減緩巷道圍巖變形，必須要加強巷道頂板支護，通過頂板錨索傳遞巷幫支護阻力，從而達到改善巷幫受力，進而達到減少巷道底鼓目的。

2.2.3 采用科學的設計方法，以確定合理有效的錨索網支護參數。在煤巷錨索網支護中應用快速發展的電算技術，進行數值模擬，可以方便地改變錨桿參數，分析不同參數對圍巖穩定性的影響程度及敏感性，開展多方案選優，這是一種基于數值模擬的錨桿設計方法，與初期的工程信息反饋相結合，可以獲得理想的結果。

2.2.4 完善錨桿施工和監測技術。錨索網支護是一項隱蔽性很強的工程技術，監測技術十分重要，通過對巷道表面位移測量、頂板離層、錨桿錨索錨固力及工作載荷監測，不僅可以判斷圍巖的控制效果，而且根據監測圍巖變形的發展情況可以及時調整支護參數。

3 14126兩巷錨索網支護設計

在進行了深入、細致的現場調查與地質力學評估后，根據錨桿支護巖層形變壓力理論及有限差分數值計算軟件FLAC3.3，并結合工程類比法進行14126兩巷錨索網支護設計。

3.1 頂板支護 由于14126兩巷頂板巖性結構相變較大，因此應根據頂板巖性結構采用分區段設計。錨索規格原則上設計為：Φ22×6300mm，如果迎頭巖性發生變化，頂板4.5m以上沒有穩定巖層，則錨索長度應相應調整。

3.2 巷幫支護 巷幫支護包括2部分：第一部分由M5鋼帶（廢舊皮帶）和錨桿組成。軌順：軌順采用廢舊皮帶水平連接錨桿，水平布置的巷幫廢舊皮帶長設計為1.25m，每根廢舊皮帶沿水平方向連接2根錨桿，左右幫各布置4排，巷幫錨桿規格：Φ20×2200mm，錨桿材質為MG400。運順：無動壓影響區段采用廢舊皮帶水平連接錨桿，水平布置的巷幫廢舊皮帶長設計為1.25m，每根鋼帶沿水平方向連接2根錨桿，左右幫各布置4排，巷幫錨桿規格：Φ20×2200mm，錨桿材質為MG400。動壓影響區段采用M5鋼帶水平連接錨桿，水平布置的M5鋼帶設計為1.05m，每根鋼帶沿水平方向連接2根錨桿，左右幫各布置5排，巷幫錨桿規格：Φ20×2500mm，錨桿材質為MG400。第二部分是10#金屬網，金屬網沿煤幫豎直鋪設，并沿縱向搭接。搭接處用鐵絲扎牢，并用鋼帶壓茬。在斷層破碎帶附近及頂板淋水地段，采用U型鋼架棚支護或調整錨索網支護參數。

4 14126兩巷支護效果分析

為了檢驗支護設計的實施效果，觀測人員在14126工作面軌順進行了巷道圍巖變形觀測。從觀測結果可知（見圖1、圖2），巷道圍巖變形量和變形速度均較小，兩幫位移量穩定后達到248mm，兩幫移近速度最大為33mm /d；頂板下沉最大量僅為168mm，頂底移近速度最大為16.5mm/d，變形量及變形速度均在允許范圍之內。從現場實測結果來看，巷道整體穩定性良好，巷道收斂小，非特殊情況下預估服務期限內不需再次加固。

5 結論

①文章分析了14126工作面的復雜狀況，指出了其受動壓危害的原因及后果十分嚴重。②科學地給出了兩幫的支護方案以及方案的參數，并在此之前做了兩幫加強支護的技術分析并給出了技術對策。③結合巷道加強支護的效果分析知：巷道整體穩定性良好，巷道收斂小，變形量及變形速度皆在允許的范圍內，效果顯著。

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