二次動壓巷道支護優化技術應用

姜 澤

（山西焦煤集團有限公司東曲煤礦，山西 太原 030200）

東曲礦二采區8#煤工作面一般采用“一進一回、一面四巷”的巷道布置方式，分別為進風順槽、回風順槽和走向高抽巷、低位抽采巷，其中，進風、回風順槽和低位抽采巷為煤巷，高抽巷為巖巷。掘進期間，煤巷掘進通常采用雙巷掘進方式，同時掘進兩條煤巷。28206工作面回風巷與鄰近工作面進風巷之間以25m煤柱相隔，鄰近工作面進風巷除作為掘進通風巷以外，主要在上一工作面回采結束后，作為鄰近的下一工作面進風巷繼續使用。

根據前期生產經驗，由于該巷道多次受到采動影響，變形比較劇烈，巷道兩幫、巷道底板情況最差，變形量比較大，兩幫移近最大l650mm，底鼓量最大1370mm，巷道斷面不能滿足生產需要。

1 試驗巷道生產條件及地質情況

28206工作面開采煤層為8#煤層，屬穩定大部可采的厚煤層，煤質松軟、煤層厚度較穩定，平均煤厚5.11m，煤層夾矸為泥巖，平均厚度1.3m，煤層傾角為0～9°，平均傾角為3.5°。

由28206工作面內鉆孔資料可知：8#煤層直接頂板為K2下石灰巖，局部有薄層炭質泥巖偽頂，底板為泥巖、砂質泥巖，局部為粉砂巖或細粒砂巖。

28206進風巷與28204工作面之間留設25m煤柱，巷道沿8#煤層頂板掘進，巷道斷面為矩形，高3.7m，寬5.0m，斷面積18.5m2。但巷道受到28204工作面回采影響，巷道圍巖應力出現不平衡狀態，巷道底板和煤柱幫變形較大，影響尤其嚴重，28206、28204工作面位置關系如圖1所示。

圖1 28204、28206工作面平面圖

2 二次動壓巷道破碎松動圈范圍研究

巷道掘進期間，圍巖松動圈范圍的大小在很大程度上決定了圍巖的破壞程度。圍巖松動圈范圍越大，巷道破壞范圍及破壞程度越嚴重，巷道變形相應越大。為合理優化、改進支護設計方案，選擇鉆孔窺視儀對28206進風順槽圍巖松動、破壞范圍進行探視研究，通過直接觀測的方法確定松動圈的破壞范圍。測試地點距掘進掌頭20m，測站處斷面布置如圖2所示。

圖2 28206進風巷鉆孔布置示意圖（mm）

1#和2#鉆孔位于28206進風巷北幫，靠近28204工作面采空區。

窺視結果如下：

（1）從北幫1#和2#鉆孔可知，在煤體0.6～1.9m的距離范圍內，破裂程度較高；4.2～4.4m范圍內，圍巖破壞程度較高；4.8m范圍以外，圍巖破碎程度開始下降；在5.9m以上時，圍巖完整。可判斷北幫圍巖松動圈大小在3.3m左右。

（2）從南幫4#和5#鉆孔可知，在0.5m范圍內，圍巖嚴重破壞；1.0～3.0m范圍內，出現差異分界面；大約3.5m時，破碎程度開始下降。可得知南幫松動圈大小范圍在3.2m左右。

（3）從頂板3#鉆孔觀測可知，在1.0～2.4m范圍內，圍巖出現微小裂隙，隨著范圍的進一步擴大，圍巖深處觀測不到明顯裂隙。因此，判斷頂板松動圈大小為1.3m。

3 支護參數優化方案

根據現場調研和初步分析，28206進風巷支護應嚴格注意兩處，巷道頂板和兩幫及底角，巷道北幫的完整性維護是支護設計的重點。因此，巷道支護設計應著重實現：提高巷道頂板的支護強度，進一步控制頂板下沉，重點加強對靠近采空區側的一幫支護強度，強化護巷煤柱的承載能力。優化后支護方式及參數如下：

①頂板采用高強預應力錨索支護、W型鋼帶、金屬網聯合支護；

②兩幫采用高強預應力錨桿、鋼帶、金屬網加強支護：兩幫采用“三高”錨桿、鋼筋鋼帶、金屬網或鋼筋網聯合預拉力鋼絞線支護；

③28204工作面生產完成后，針對28206進、回風變形較大或不能使用的巷道進行適當刷大和二次加固。

④始支護設計及支護參數。頂部：頂板每排3根Φ17.8mm，L6200mm的錨索，錨索間距1000mm。考慮到施工進度和巷道服務期限的關系，具體施工時每排錨索布置3根，錨索間距1000mm、2000m，排距1000mm。

兩幫支護：因為28206進風巷采高大、巷道斷面較大、煤層厚度大，考慮初始支護設計中兩幫4根錨桿用一條鋼筋梯子梁連接，實際操作很困難、施工效果差、錨桿失效率高的問題，在巷道掘進過程中，提出了兩幫采用“3+1”的錨桿支護形式，即兩幫上部3根錨桿通過Φ14mm的鋼筋梯子梁連接，兩幫底角采用單根錨桿支護。兩幫錨桿在安裝梯子梁之前各加一塊400mm×280mm×4mm鋼托板，增加護表面積，提高支護效果。

加固優化方案：在原支護方案的基礎上，確定采用Φ21.8mm，長度8200mm的十九股高強度低松弛高預應力鋼絞線對頂板進行加固，采用Φ17.8mm、長度4200mm 的九股高強度低松弛高預應力鋼絞線對兩幫進行加固。

4 現場試驗

在采用頂板、兩幫加固和補強方案后，28206進風巷掘進期間兩幫相對移近量為120～130mm，巷道頂、底板變形量為140～160mm，巷道底鼓較大，但可以滿足生產需要，巷道表面位移的關系見圖3。

由圖可見，28206進風巷變形量的大小逐漸增加，而變形速度卻是逐漸變小；巷道掘進30d后，巷道變形量逐漸增大；掘進40d后，巷道圍巖趨于穩定；頂底板相對移近量和兩幫相對移近量變化趨勢基本相同。但在0～20d內瓦排尾巷以兩幫變形為主，20d后頂底相對移進量超過兩幫變形量，主要表現為巷道底鼓。根據開采經驗及礦壓觀測數據，28204工作面回采時，28206進風巷底鼓會比較嚴重，需要在工作面回采前采取控制底鼓的措施。

圖3 掘進期間28206進風巷表面位移曲線

5 結論

（1） 通過對動壓巷道松動圈的觀測研究，分析判斷深部圍巖與淺部圍巖以同步變形為主，頂板深部較淺部離層范圍較大。

（2） 以高預應力錨索、高強度左旋螺紋鋼錨桿、W鋼帶、大面積護幫托板為基本支護材料，通過加強幫部的小孔徑強力錨索，共同提高煤柱的穩定性，巷道圍巖整體承載能力大幅度提高，有效控制巷道圍巖變形過程。

（3） 實際礦壓觀測表明，對于二次動壓巷道的支護設計不僅能夠滿足掘進需要，通過加強支護、局部刷巷等補修措施，回采期間，巷道變形可以得到良好的控制，保證了巷道的穩定性，滿足回采正常使用。