回采巷道支護設計與礦壓顯現監測分析

雷建華

（山西焦煤汾西礦業河東公司 靈北礦，山西 靈石 031302）

回采巷道作為煤炭運輸、礦井通風和行人的主要巷道，其穩定性直接影響著礦井的安全、高效生產〔1-5〕，有必要對回采巷道的穩定性進行研究。本文以某礦為研究對象，結合數值模擬方法對回采巷道進行支護設計，由回采巷道變形、離層等指標進行監測，對支護方案的合理性進行驗證。

1 礦井概況

某礦9號煤層有9上煤層和9下煤層兩層煤，中間有夾層。煤層厚度變化在0.60～2.60m，9上煤層的平均厚度為1.5m，9下煤層的平均厚度為1.2m，中間含0.00～2.00m 夾石，夾石平均厚度為1.21m，煤層傾角15°～26°，平均17°。采區面積為25990 m2，地質儲量上層為70.2 萬噸、下層為56.4萬噸。

2 回采巷道支護設計

2.1 9下煤層回采巷道斷面形狀的確定

一般來說，巷道斷面的形狀，決定了巷道周邊的應力集中程度，所以要合理確定巷道的支護參數，需先確定巷道斷面的形狀。應用FLAC 軟件，分別模擬了矩形巷道、正梯形巷道、倒梯形巷道和某礦實際應用的回采巷道斷面形狀的受力情況，模擬結果見圖1。

圖1 不同巷道形狀FLAC應力分析

從模擬結果圖上可以看出：矩形巷道圍巖的4個角上產生應力集中，最大應力可達45 MPa；正梯形巷道圍巖的兩底角產生應力集中，最大應力可達50 MPa；倒梯形巷道圍巖的兩頂角產生應力集中，最大應力可達50 MPa。通過對不同斷面巷道的受力分析可知：矩形巷道4個角都產生應力集中，因節理較發育，易產生片幫，安全隱患多，且對于巷道的維護很不利，所以不采用；倒梯形巷道雖然應力集中點少，但是巷道空頂寬度大，由于9下回采巷道可能布置在采空區下，受9上開采的影響頂板較破碎，暴露面積大易發生冒頂事故，所以9下回采巷道不易采用這種斷面形狀；正梯形斷面巷道克服了矩形、倒梯形等巷道的缺點，9下回采巷道的斷面應采用正梯形巷道斷面。

2.2 錨桿支護參數確定

根據設計，9下回采巷道的設計的支護方式為錨桿+錨索+金屬網的聯合支護形式〔3-5〕，其巷道斷面為梯形（見圖2），上寬2.8m，下寬3.9m，高2.4m，凈斷面積為8.04m2。

圖2 9下煤層回采巷道錨桿支護設計

3 回采巷道礦壓監測分析

3.1 巷道礦壓監測方案設計

在每條巷道距工作面開切眼80m 處各設置1個錨固力監測斷面，在每個斷面的巷道頂板中央安裝錨索測力計2個、錨桿測力計3個；在每條巷道內，距開切眼80m 各設置1對頂底板移近量測點；在每條巷道距工作面開切眼80m 處各設置1個巷道表面位移監測斷面；在每條監測巷道內，在距開切眼80m處在巷道頂板中央設一個頂板離層監測點，分別在每個測孔內1.5m、3m、4.5m和6m深處設監測基點。

3.2 回采巷道礦壓監測結果分析

（1）巷道錨桿、錨索錨固力監測數據分析。上下順槽錨固力變化曲線見圖3。上下順槽錨固力監測斷面，錨索初錨力多數為10～30kN，錨索初錨力最小為5kN、最大為30 kN；錨桿初錨力多數為10kN 左右，錨桿初錨力最小為5 kN、最大為20kN。隨著工作面的推進，錨索、錨桿錨固力變化不大，上順槽錨索、錨桿錨固力增加量為31kN 和17 kN，下順槽錨索、錨桿錨固力增加量為27kN和15kN，說明巷道受采動影響較小?？傮w分析，錨索和錨桿最大錨固力監測值均未達到能使其破壞的強度，說明巷道斷面、支護形式及支護參數選擇較合理，可以滿足生產和安全要求。

圖3 上、下順槽監測斷面錨固力變化曲線

（2）巷道頂底板移近量監測數據分析。根據巷道頂底板移近量的監測數據，整理繪出兩條巷道內頂底板移近量各測點隨開采時間變化的曲線（見圖4）。由圖可以看出，巷道頂底板移近量隨著時間的推移，呈近似線性增加，不同監測斷面巷道頂底板移近量基本一致，下順槽平均移近量約1 mm／d，上順槽平均移近量約1.5mm／d。在監測期間，上順槽最大頂底板移近量約97mm，下順槽最大頂底板移近量約61mm，上順槽頂底板移近量、變化速度較下順槽的大，原因是受東一面采空區的影響，結合巷道表面位移量監測結果分析，頂底板移近主要是由于底臌產生的，從距工作面距離上看，距回采工作面15m 內測點的移近速度變化較大，總體分析，上下順槽的頂底板移近量均較小。

圖4 上、下順槽監測斷面頂底板移近量變化曲線

（3）巷道表面位移監測數據分析。從下順槽的4個表面位移量變化（見圖5）中可以看出，從巷道頂底移近量分析，下順槽的底臌量大于頂板下沉量；從巷道兩幫移近量分析，左幫移近量大于右幫移近量。從工作面開采影響分析，巷道受采動應力影響不大，在工作面10m 內表面位移量有較大變化，監測期間兩巷表面位移的變形量都在正常的范圍內，可以滿足巷道正常使用。

圖5 上、下順槽監測斷面表面位移變化曲線

（4）巷道頂板離層量監測數據分析。頂板離層指示儀安裝完畢后，當巷道頂板出現下沉時，各測點之間的距離就會伸長（用Δ1、Δ2、Δ3、Δ4表示各測點的變化量），即Δ1、Δ2、Δ3、Δ4值增大，其增大值即為各測點下方巖層的離層量。0～Δ1、Δ1～Δ2、Δ2～Δ3、Δ3～Δ4分別表示1.5m、1.5～3.0 m、3.0～4.5m、4.5～6.0m 范圍內頂板的離層量。

從圖6可以看出，下順槽的頂板離層量均不大，最大的離層發生在頂板1.5～3.0m 范圍內，其離層量在2～4mm，在錨桿錨固之外發生較小的離層，原因可能是在該范圍內存在弱巖層或煤線；頂板1.5m 范圍內的離層在0～1mm之間；頂板3.0～4.5m 和4.5～6.0m 范圍的離層量在1～2mm 之間，最大為3mm；上順槽的頂板離層量均不大，最大的離層發生在頂板1.5～3.0m 范圍內，最大離層量為5 mm；頂板1.5m 范圍內的頂板離層在0～1mm 之間；頂板3.0～4.5m 和4.5～6.0m 范圍的離層量在1～2mm 之間?？傮w巷道頂板離層量較小，說明下順槽錨桿支護質量較好。

圖6 上、下順槽監測斷面頂板離層變化曲線

通過對兩順槽錨固力、表面位移、頂底板移近量和頂板離層量監測結果的總體分析，兩巷的礦壓顯現小，工作面采動應力對兩巷的影響較小。錨固力、表面位移、頂底板移近量和頂板離層量的變化都不大，表明兩順槽的支護形式、參數及斷面形狀選擇較合理，可以滿足生產和安全要求。

〔1〕侯朝炯，柏建彪，張 農.困難復雜條件下的煤巷錨桿支護〔J〕.巖土工程學報，2001（23）：84-88.

〔2〕李榮坤.采空區下回采巷道布置與礦壓顯現規律分析〔J〕.煤炭工程，2011：48-49.

〔3〕田伯權.采空區下松軟煤層巷道圍巖穩定性綜合控制技術與應用〔J〕.煤炭技術，2006（9）：76-78.

〔4〕勾攀峰，辛亞軍，張 和.深井巷道頂板錨固體破壞特征及穩定性分析〔J〕.中國礦業大學學報，2012，41（5）：6-9.

〔5〕侯朝炯，勾攀峰.巷道錨桿支護圍巖強度強化機理研究〔J〕.巖石力學與工程學報，2000，19（3）：342-345.