雙采動影響下高抽巷支護技術研究

梁建輝，劉愛卿

(1.西山煤電(集團)有限責任公司 杜兒坪礦，山西 太原 030022;2.天地科技股份有限公司 開采設計事業部，北京 100013)

對于高瓦斯礦井而言，瓦斯含量的高低直接影響生產效率和生產安全，在瓦斯含量高的煤層，需要對回采工作面的瓦斯進行抽放，減少瓦斯超限［1］. 目前，瓦斯抽放采用較為普遍的是高抽巷和低抽巷，高抽巷一般是指位于開采煤層頂部處于采動裂隙帶內的專用抽放巷道，高抽巷往往要經歷一次甚至兩次動壓的影響，處于采動裂隙帶內的高抽巷在強烈動壓影響巷穩定性差。

目前，關于高抽巷的研究多是集中在高抽巷的抽放效果［2－4］，而針對高抽巷支護技術的研究較少，婁金福曾對頂板瓦斯高抽巷采動變形機理及優化布置進行了研究，認為底鼓是頂板瓦斯高抽巷典型的破壞特征［5］.然而針對采動影響下高抽巷的支護技術缺乏研究，特別是高抽巷要經歷兩次動壓影響時，支護難度更大。

1 高抽巷層位布置及地質力學分析

1.1 高抽巷層位布置

西山煤電集團公司杜兒坪礦北三盤區8#煤層瓦斯含量高，為了解決回采過程工作面高瓦斯涌出問題，在其上部6#煤層中布置了瓦斯抽采巷道，稱作68308 高抽巷。68308 高抽巷主要用于抽放北三盤區68308 和68309 兩工作面瓦斯(巷道布置圖見圖1)，6#與8#煤層間距40 m，68308 與68309 工作面間煤柱寬度30 m.

圖1 高抽巷與8#煤工作面位置關系圖

高抽巷在服務期間內要受到兩次采動的影響，而且服務年限至少5 年，支護難度增加。

1.2 高抽巷地質力學分析

在高抽巷中進行了1 個點的地質力學測試工作，包括3 個方面的內容:圍巖結構、圍巖強度和地應力，為巷道支護參數選取提供基礎參數［6］.

巷道圍巖結構窺視表明:在巷道頂板0 ～8.9 m為砂質頁巖，呈灰黑色，局部有少量環向裂隙;頂板8.9 ～10.2 m 為石灰巖，呈深灰色，致密堅硬，無裂紋。可見，直接頂厚度大，穩定性好，影響圍巖穩定性的弱面分布很少，有利于頂板的穩定。

圍巖強度測試結果見圖2. 砂質頁巖的強度為40 ～60 MPa，平均為51.72 MPa，而灰巖的平均強度達到90 MPa，強度高，穩定性好。

圖2 頂板圍巖強度測試圖

圖3 煤體強度測試圖

地應力測試結果表明，北三盤區6#煤的最大水平應力為32.81 MPa，最小水平主應力為16.54 MPa，垂直主應力為12.10 MPa.最大水平主應力的方向為N41°E(見圖4)，根據相關判斷標準，地應力在量值上屬于高等地應力區。

圖4 高抽巷軸向與最大水平主應力方向關系圖

68308 工作面高抽巷沿北偏西25°方位布置，地應力對巷道支護的影響主要體現在其量值和方向上，高抽巷不僅地應力高，而且巷道布置也非最佳方向，因此，地應力對其影響非常大，巷道支護設計需要重點考慮地應力對巷道穩定性的影響。

2 工作面采動對高抽巷穩定性影響分析

8#煤層開采引起的上覆巖層活動對高抽巷的穩定性影響最大，這也是造成巷道圍巖強烈變形的最大影響因素。基于地質力學測試結果，采用數值計算的方法，分析8#煤層開采過程中高抽巷圍巖變形和破壞特征，為確定比較合理的巷道支護形式與參數提供理論依據。

2.1 建立數值模型

根據工作面實際條件建立的數值模型見圖5. 高抽巷開挖后采用現有支護形式與參數，模擬8#煤層開采過程中巷道圍巖的變形與破壞特征。

圖5 數值模型圖

2.2 高抽巷變形與破壞特征分析

根據杜兒坪礦采掘部署，數值模擬按照生產實際計算分析，先模擬68308 工作面回采過程高抽巷圍巖的變形與破壞特征，再分析68309 工作面回采過程。

2.2.1 68308 工作面回采分析

北三68308 工作面回采后，高抽巷處于采空區正上方，由于采空區上覆巖層的運動，引起了高抽巷的強烈變形，見圖6. 高抽巷右幫移進量達605 mm，左幫移進量達163 mm，頂底板移近量達400 mm，高抽巷表面位移發生急劇增加，表明68308 工作面回采引起的上覆巖層運動對其穩定性有顯著的影響。

2.2.2 68309 工作面回采分析

高抽巷距68309 工作面的距離較遠，水平距離65 m，因而受到上覆巖層活動造成的影響很小，巷道的變形狀況見圖7. 巷道的右幫移進量增加55 ～660 mm，左幫移進量增加91 ～254 mm，頂底板的相對移近量增加100 ～500 mm. 表明68039 工作面回采對高抽巷的影響較小，巷道表面位移增加幅度小，巷道可控性大。

圖6 68308 工作面回采后高抽巷變形狀況圖

圖7 68309 工作面回采后高抽巷變形狀況圖

由數值模擬可以看出，高抽巷正下方工作面回采引起的上覆巖層運動對其變形影響很大，再強的支護也無法抵御采礦引起的圍巖運動產生的能量，不應該僅加強支護材料的強度，而應對材料的協調性進行優化，減小高抽巷受到下覆巖層運動造成的強烈變形。

3 巷道支護設計方案

高抽巷斷面寬度4.2 m，高度3.3 m，采用樹脂全長高預應力錨固錨桿錨索組合支護［7］，見圖8. 錨桿采用d20－M22－2000 的400#左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，頂板間排距900 mm × 1 000 mm，兩幫間排距1 100 mm×1 000 mm;樹脂全長錨固，采用2 支錨固劑，1 支規格為MSCK2360，1 支規格為MSM2380;采用W 鋼帶配鋼筋網護頂，鋼帶厚度3 mm，寬280 mm，長度3 800 mm.錨桿預緊力矩≥300 N·m;錨索采用d21.6－1 ×7－5 300 mm 高強度低松弛預應力鋼絞線，間排距1 800 mm × 2 000 mm;錨索預緊力200 kN. 采用W 鋼護板配金屬網護幫，厚度4 mm，寬280 mm，長度400 mm.

4 井下試驗

圖8 高抽巷支護設計圖

目前，68308 高抽巷受68308 工作面回采的影響，在巷道的掘進和回采期間均進行了巷道礦壓監測，巷道礦壓監測結果見圖9，10.

圖9 高抽巷掘進期間巷道的變形狀況圖

圖10 68308 工作面回采期間巷道的變形狀況圖

由圖9，10 可知:

1)掘進期間巷道的變形量很小，巷道頂底板位移量為20 mm，巷道的設計高度為3.3 m，占設計高度的0.60%;巷道兩幫最大移近量為15 mm，巷道兩幫移近量占實際掘進巷道寬度的0.35%.

2)下部68308 工作面回采期間，工作面滯后測站距離越遠，巷道受到的影響越小，而當巷道位于采空區上方后，采空區圍巖的垮落導致高抽巷變形量激增，在超前50 m 后，巷道兩幫移近量達210 mm，頂底板移近量達160 mm，而且主要是底鼓，巷道頂板則保持了良好的穩定性。

礦壓監測結果表明，巷道的變形量主要發生在工作面采空區的上方，且變形是一個長期的過程。通過樹脂全長高預應力錨固錨桿錨索組合支護有效地控制了巷道的變形，預計68309 回采時巷道變形量不會增加過多。

5 小 結

1)高抽巷的穩定性主要受工作面采動影響，特別是采空區圍巖的移動。

2)高抽巷所在區域最大水平應力為32.81 MPa，屬于高等地應力區，且巷道布置軸向也非最佳方向，不利于巷道穩定。

3)高抽巷的變形主要發生在工作面采后階段，且變形是一個長期持續的過程，采用樹脂全長高預應力錨固錨桿錨索組合支護能夠有效抵抗動壓影響。

［1］ 趙云虎.煤層群鄰近層瓦斯抽采走向高抽巷布置研究［J］.能源技術與管理，2013，38(4):32－40.

［2］ 李青柏，李文洲.高抽巷布置優化設計及分析［J］.煤礦開采，2010，15(5):28－29.

［3］ 丁厚成，馬 超.走向高抽巷抽放采空區瓦斯數值模擬與試驗分析［J］.中國安全生產科學技術，2012，8(5):5－10.

［4］ 劉如鐵，張繼高.走向高抽巷抽放瓦斯技術研究［J］.中國礦業，2012，21(1):122－124.

［5］ 婁金福.頂板瓦斯高抽巷采動變形機理及優化布置研究［D］.徐州:中國礦業大學，2008.

［6］ 康紅普，林 健.我國圍巖地質力學測試技術新進展［J］.煤炭科學技術，2001，29(7):27－30.

［7］ 劉愛卿.高預緊力全長錨固錨桿工況研究［D］.北京:煤炭科學研究總院，2012.