22608工作面底抽巷全錨索支護技術研究

柳 陽

（西山煤電（集團）有限責任公司，山西 太原 030053）

1 概況

西山煤電官地礦22608工作面處于官地礦中六采區+1051m水平，開采2#煤層，平均厚度為2.65 m，煤層頂板為砂質泥巖、細砂巖，煤層底板為細砂巖，含有0～1層夾矸。煤層走向大致呈NW-SE，傾向SW，煤層傾角為1°～10°，采區內中小斷層較發育，煤層透氣性系數為0.615 m2/（MPa2×d），屬可抽采煤層。測定瓦斯涌出量為25～35 m3/min，煤層為Ⅲ類不易自燃煤層。

官地礦2#煤層與3#煤層間距為6 m，通過在下組3#煤層中布置底抽巷來服務于2#煤層，如圖1所示，其中22606工作面尚未回采。由于上下煤層之間的層間距較小，在已回采的22607工作面下方的底抽巷破壞嚴重，基本報廢。因此在相似地質條件下的22608工作面回采過程中，上組2#煤層回采時產生的動壓擾動現象會嚴重影響到3#煤層的底抽巷，使得3#煤層中的22608工作面底抽巷支護困難，因此需要對底抽巷的圍巖支護技術進行研究。

圖1 巷道布置示意圖

2 工作面圍巖性質及強度測試

設計支護之前需要掌握22608底抽巷圍巖性質及地應力水平，因此需要進行地質力學測試，以便為巷道支護提高參考[1-2]。

（1）圍巖性質。通過圍巖結構窺探，發現在巷道頂板6.5m的范圍內存在3種結構，其中在頂板上方0～4.1m為泥巖，性質疏松，強度低，裂隙發育，膠結性差，出現的頂板離層較多；在4.1～6.3m范圍內為細砂巖，強度較高，結構較為致密，裂隙發育較少；在6.3～6.5 m范圍內為煤結構，相較頂板巖層松軟破碎，裂隙較多。

（2）強度測試。通過頂板圍巖強度測量發現頂板的泥巖結構強度平均值為22.6 MPa，細砂巖的強度平均值為71.7 MPa，上部煤體的強度較差，為12.33 MPa。在底抽巷頂板4.1 m范圍內為松軟破碎的泥巖，強度低，易跨落，因此在進行支護時需要進行是否可錨的驗證，否則會造成支護的浪費與失效。

（3）地應力測定。通過在巷道的地應力測定，發現水平方向的地應力最大為14 MPa，巷道垂直方向的最大地應力為15.55 MPa，二者數量上基本相等。地應力較高，應力場主要來源為垂直方向的覆巖自重及水平方向的圍巖擠壓作用。

通過以上的地質力學測試分析，可以看出22608底抽巷頂板強度低，離層現象較為嚴重，同時地應力較大，在開采時必然會面臨較大的應力擾動現象，支護設計具有一定的難度[3]。

3 回采動壓顯現的數值模擬研究

3.1 數值模型

為了模擬底抽巷在上方工作面回采過程中的礦壓顯現特征，根據地質力學測定結果，建立如圖2所示的數值模型，模擬在22606及22608工作面回采過程中底抽巷的變形破壞特征。

圖2 數值模型

模型參數如表1所示。

表1 模型參數

3.2 模擬結果分析

在上部22606及22608工作面回采后，底抽巷的頂板應力變化及圍巖變形情況如圖3和圖4所示。

圖3 巷道應力變化圖

圖4 巷道變形情況圖

從圖3和圖4可以看出，22606工作面回采對于22608底抽巷頂板應力變化影響不明顯，僅有較小幅度的增加，同時巷道中的圍巖變形量也保持平穩狀態。22608工作面回采對于底抽巷的應力及變形影響較大，從圖3可以看出在距工作面超前50 m時應力變化劇烈，巷道圍巖也發生較大幅度的變形，頂板累計下沉140 mm，底鼓61 mm，22608工作面回采產生的動壓對底抽巷的穩定性產生了明顯影響。回采工作面通過底抽巷上部后，使得底抽巷上部變為采空區，應力減小，在其后回采活動中底抽巷所受到的應力小于原來的擾動應力水平。因此，需要針對上部工作面回采通過底抽巷上端時的應力及變形情況作相應的支護設計，就可以滿足3#煤層底抽巷的穩定性要求[4-5]。

4 巷道支護設計

在已回采的22607工作面底抽巷采用錨桿、錨網索聯合支護的方法。其中頂板支護選取直徑為20mm、長度為2400mm的高強錨桿，配合金屬平網和槽鋼進行加強支護；巷道兩幫支護采用直徑20mm、長度2400mm的高強錨桿配合金屬平網進行聯合支護，兩幫以2000mm的間距布置直徑為17.8mm，長4200mm的錨索，預緊力不小于100kN，以加強對頂板和兩幫變形作用的控制。

采用上述的錨桿+錨索+鋼筋網支護方式，22607工作面回采過后底抽巷變形破壞嚴重，不能滿足22607工作面其后的需要，因此需要對原有的支護設計進行優化加強。

4.1 底抽巷支護技術優化

（1）通過地質力學測試發現底抽巷頂板0～4.1m為泥巖，頂板離層較多，節理裂隙較為發育。錨桿支護的錨固力僅為70 kN，因此不適合該地質條件下的支護，選用錨索支護可滿足支護要求。

（2）泥巖厚度大于4m，因此錨索的設計長度也應大于4m。

（3）泥巖強度平均為22.6 MPa，在設計錨索長度為4.3 m時，可以支護全部的泥巖范圍，通過現場的抗拉拔試驗，發現在500 kN時錨索仍具有較好的錨固力，因此可以滿足頂板泥巖支護的需要。

因此設計底抽巷全斷面高預應力錨索支護，采用22-1×7-4300高強度低松弛預應力鋼絞線，預緊力為250kN，配合樹脂錨固劑進行錨固。支護如圖5所示。頂板支護錨索間距為1200mm，兩幫間距為1100mm，所有錨索垂直巖層安裝。

圖5 全斷面錨索支護圖（單位：mm）

4.2 支護效果監測

為了觀測底抽巷頂板離層位移和巷道兩幫的變形情況，在底抽巷內布置一套頂板離層位移檢測儀和圍巖變形監測儀，對掘進過程中底抽巷的位移變形進行密集監測。安裝初始，需要每天觀測一次。在觀察一定天數之后，如果監測數據趨于穩定或規律化，可以適當地改為每5 d或10 d觀察一次。通過對所有的監測儀數據觀察，選取位移變形變化最大的區段進行進一步的觀察并進行分析。通過對比在進行支護前后的頂底板位移量和兩幫變形量，頂板最大下沉量為42mm，兩幫最大變形量為31mm，說明優化后的支護設計能夠有效控制頂底板和兩幫的變形，支護效果良好。

5 結論

（1）22608工作面底抽巷頂板為松軟破碎的泥巖、強度低、易垮落，是底抽巷支護所面臨的主要問題。

（2）數值模擬結果表明，22608底抽巷的礦壓顯現和變形主要受22608工作面回采的影響，采動應力超前影響范圍為50m。

（3）原有的錨桿+錨索支護的方式支護效果差，設計了底抽巷全斷面高預應力錨索支護，有效地維持了底抽巷圍巖的穩定性。