高應力軟巖巷道定量讓壓支護技術研究

張玨祺

（潞安集團司馬煤業有限公司，山西 長治 047105）

煤礦開采深度逐年加大，地應力的增大使得軟巖巷道比例增加，支護難度增加。針對深部煤層的軟巖支護技術研究十分必要，是煤礦急需解決的難題。本文以山西潞安集團司馬煤礦2采區1208工作面作為研究對象，對高應力軟巖巷道提出了讓壓支護技術，保證了巷道圍巖的穩定安全。

1 定量讓壓支護技術

1.1 定量讓壓支護概念

高壓軟巖層巷道周邊環境應力作用大，構造較為零碎，組成的巷道強度低，圍巖不易控制。巷道圍巖失穩和圍巖強度關系密切，圍巖強度的增加可以改善巷道圍巖的穩定情況。但是，巷道變形的前期階段不可控性較大，因此需要高強度的讓壓支護系統進行保障，適當的讓壓支護，可以利用此空間釋放巖層能量。

定量讓壓支護包括兩層核心體系：讓壓和抗壓。前者通過支護改善圍巖結構完成讓壓，后者是通過支護完成強度的提高。兩者耦合后，通過合理的讓壓空間釋放能量，保證巷道穩定性。定量讓壓通過長度不同的錨桿和錨索組成多層錨固，轉移淺層圍巖應力。通過支護的讓壓作用營造讓壓空間，通過高強度支架抵抗巖層變形。

1.2 支護方法

在巷道施工時，通過錨桿可以改變圍巖內聚力和摩擦角，淺層應力得以改變，短錨索負責中部巖層錨固，長錨索對深層圍巖進行錨固，噴漿處理裂隙，實現多級有強讓壓，釋放圍巖變形。充填讓壓空間能夠均勻地分布支架應力，保護支架，增加抗壓效果，提高圍巖以及支架的承受載荷能力。填充耦合后的支架強度大為提高，可實現高強度支承，更好地抵抗巷道變形，保證了巷道的安全。

2 支護時機和讓壓空間

高壓軟巖巷道變形開始階段不穩定，其變形很難完全控制。定量讓壓支護可以在合理范圍釋放圍巖能量，釋放能量逐漸穩定后，再構造U型支架進行抗壓支護，既能保證支護系統不失效，也不會造成圍巖變形過度。

2.1 高壓軟巖巷道圍巖損傷蠕變分析

司馬煤礦年產300萬t，現在處于深部開采，2采區1208工作面巷道為順層布置，埋深655.6～827.7m，頂底板為砂巖。利用西原蠕變模型對其進行力學分析，如圖1所示。

圖1 圍巖蠕變力學模型

圍巖蠕變速率計算公式為：

時間損傷變量的計算公式為：

2.2 支護時機與讓壓空間大小的確定

2采區1208工作面平均埋深745m，垂直應力大小為σ0=22.15MPa，水平應力大小為σh=31.035MPa，通過計算可得到E1=1.27GPa，E2=3.28GPa，η1=231GPa·h，η2=710GPa·h。

1208工作面巷道凈高、凈寬分別為6000mm和4600mm，可計算出其等效半徑 r0=2.9m，粘滯力為σs=16.7MPa ，第一層支護圍巖穩定蠕變變形速率為 。代入計算后得出時間t為23d，讓壓空間為307mm。

3 定量讓壓支護模擬分析

通過FLAC3D軟件建立高應力巷道的模型，并對其進行仿真分析，研究不同讓壓空間情況下的支護情況，分別設定讓壓空間為200mm到450mm間隔50mm的6個數值進行仿真分析，通過仿真模擬得到圍巖變形情況如圖2所示，兩幫變形情況如圖3所示。

通過仿真得到的圍巖變形情況可以看出，讓壓空間在300mm附近，頂底板變形量和兩幫變形量均增長趨勢減緩，因此確定其為適合的讓壓空間值。

圖2 圍巖頂底板位移云圖

圖3 圍巖兩幫位移云圖

4 結論

1208工作面高應力軟巖巷道確定采用讓壓支護技術。通過力學分析得出了圍巖變形情況，得出理想支護時間約為23d，讓壓空間為307mm。通過數值分析得出讓壓空間為300mm左右時頂底板變形量和兩幫變形量較小，與力學計算理論值一致，驗證了支護技術的可行性，為高壓軟巖巷道支護提供了理論依據。