淺埋煤層回采巷道穩定技術研究

王雁峰

（準格爾旗永智煤炭有限公司，內蒙古 鄂爾多斯010499）

1 引言

淺埋煤層回采工作面巷道一般布置在煤層中，巷道圍巖受采動影響較大。且相對于其他埋深的煤層，淺埋煤層來壓速度快，礦壓顯現劇烈。兩者的共同作用導致回采巷支護難度大，在設計使用年限內，巷道斷面經常由于變形量太大而無法滿足使用要求[1]。

某礦4206 工作面主要開采4-2 煤層，其地面標高1361～1416m，工作面標高1295～1310m。煤層埋深66～106m，厚度約為2.55m，是典型的西部淺埋深煤層。4-2 煤層煤的硬度系數f=2，頂板巖性為粉砂巖或砂質泥巖，底板巖性為砂質泥巖，頂底板巖石硬度系數f=4～6。工作面機巷頂底板巖石強度低，均為軟弱巖石，巖石風化作用較強，巖體的穩定性較差，工程地質類型劃分為第三類第二型層狀巖類中等型。采掘過程中，局部地段易發生頂板冒落和底板軟化變形等問題。隨著工作面的推進，4206 工作面機巷多次反復擴修，嚴重制約了工作面的安全高效生產。

錨桿直接作用區是受錨桿錨固力直接作用的區域，錨桿非直接作用區是受錨桿錨固力非直接作用的那部分巖體。這對理解錨網支護體系各部分的作用是顯而易見的，也有利于進一步闡明錨網支護各部分的作用機理[2]。

根據巷道錨網支護各部分所起的作用和錨網支護各種破壞現象，可將煤巷錨網支護失效或弱化歸納為三種失效模式：

第一種，錨固失效型。指錨桿（索）沒有錨固作用、錨固力低、錨固力衰減的快或衰減的很低，以至錨桿（索）起不到應有的錨固作用，由此導致的錨網支護失效，稱為錨固失效型。

第二種，護表失效。指錨桿間的巖體流變，得不到有效控制，導致錨網支護失效的情況。它往往是由于錨網支護中網的柔性大，無法有效地延伸托盤對圍巖的壓力，導致錨桿間的巖體變形得不到有效控制，該處圍巖向巷道自由面破碎膨脹，錨桿體周圍的巖石破碎，導致淺部圍巖承載能力下降。

第三種，結構失穩型。指錨網支護承載結構，由于結構上不穩定導致的錨網支護失效。它包括兩種情況：一是由于局部錨網支護承載結構失穩，導致整個錨網支護承載結構失穩；另一種情況是錨網支護承載結構失穩，從整體結構穩定性來說，在一定的載荷作用下，其結構本來就不穩定，如錨桿間排距過大、錨桿長度偏短、結構補償錨索偏少等都可能導致錨網支護承載結構結構性失穩。

2 淺埋煤層巷道變形原因分析

2.1 強動壓

淺埋煤層礦壓顯現劇烈，頂板下沉量大，實測在200mm左右，這導致了工作面超前支撐壓力大，巷道底板強度較低，已很難支撐上覆巖層的重量，又在動壓影響下，巷道底臌更加嚴重[3]。

2.2 巷道圍巖強度低

由于巷道圍巖強度低，導致巷道變形速度快和變形量大，兩幫和頂底板移近量可能達到10mm/d，變形量一般達到60～100mm 以上，大的甚至達到300～500mm，如果支護不合理，變形量甚至達到1000mm；變形時間長，一般持續2 個月，有的甚至半年都無法穩定，呈現流變性。

2.3 底板遇水膨脹

底板為砂質泥巖，含有親水性很強的蒙脫石、伊利石等粘土礦物質。該類巖石遇水就會劇烈膨脹，導致巷道內部的水難以排除而加深膨脹，如此反復，進一步增大巷道底臌量。

3 巷道支護參數優化

3.1 錨桿參數優化

根據某礦4206 工作面巷道變形破壞特征與原因，提出如下改進方案：①增加錨索長度[4]，采用Ф15.24×7000mm 錨索。通過將錨索錨固到巷道圍巖深部穩定巖層中，可以起到懸吊作用及組合梁作用，改善圍巖內部的受力情況及應力分布，有效的抑制巷道頂板變形。②增大錨桿預緊扭矩到280N·m。提供更高的初始護表力，有效抑制巷道早期變形，抑制巷道圍巖淺部裂隙發育，控制松動圈發育；增大圍巖裂隙之間的摩擦力，提高松動圈內圍巖的整體性；提高錨固范圍內圍巖體的殘余強度，使得錨桿與錨索更好地共同發揮作用。③在鋼絲網外增加強度高、撓度低的鋼筋網。針對松軟圍巖，通過增大錨桿之間圍巖的護表強度，減少巷道表面破碎巖塊散落，控制巷道圍巖后期表面變形程度，同時更好地發揮錨桿托盤的護表作用，

3.2 支護參數設計

4206 工作面機巷沿頂板掘進，巷道設計斷面5000×2800mm，采用高強度錨桿-錨網索聯合支護。錨桿采用Ф18×1800mm 高強度左旋無縱筋螺紋鋼，間排距800×800mm，錨桿托盤選用120×120×10mm 方形鋼板，預緊扭矩不得小于280N·m；錨索采用Ф15.24×7000mm 鋼絞線制作，間排距1500×3000mm，錨索托盤選用300×300×10mm 方形鋼板，預緊力不得小于200kN；錨桿采用兩根Z2350 型樹脂錨固劑，直徑23mm，錨固長度1000mm；錨索采用四根Z2350 型樹脂錨固劑，錨固長度1800mm。巷道柔性網片采用8#鐵絲網制作，網目50×50mm 菱形，外加直徑6mm 鋼筋焊接的鋼筋網，網目100×100mm 正方形。

3.3 支護效果分析

為合理評價錨網支護效果，根據4206 工作面機巷地質條件，布置了2 表面位移測站，監測巷道頂底板移近量和兩幫移近量。

巷道表面位移是反映巷道圍巖穩定狀況的綜合指標。掘巷期間采用錨網索支護后，1#測站巷道頂底板變形在距掘進頭96 m 左右時趨于穩定，頂底板最大變形量為123 mm，觀測期間平均變形速率為2.86 mm/d，巷道兩幫變形量相對較大，在距掘進頭83 m 左右時趨于穩定，兩幫最大移近量182 mm，觀測期間平均變形速率為4.23 mm/d。

掘巷期間采用錨網索支護后，2#測站巷道頂底板變形在距掘進頭108m 左右時趨于穩定，頂底板最大變形量為95mm，巷道兩幫變形量相對較大，在距掘進頭121m 左右時趨于穩定，兩幫最大移近量為159mm。

4 結語

通過錨桿支護理論，根據現場實際調查的巷道變形情況，綜合分析，提出了淺埋煤層巷道穩定技術方案。

經過現場實測，兩個測點位置的巷道變形量達到了159mm，但隨著距迎頭距離的增加，變形速度均降到了0，這說明淺埋煤層巷道穩定技術可以有效地控制巷道變形。