Y型通風(fēng)條件下綜放沿空留巷巷道穩(wěn)定性控制

何建文 崔晉武

（山西高平科興龍頂山煤業(yè)有限公司，山西 高平 048400）

1 工程概況

東峰煤礦隸屬于山西蘭花煤炭實業(yè)集團有限公司，位于山西省高平市原村鄉(xiāng)下董峰村，井田處于沁水煤田高平礦區(qū)，主采3#煤層，井田面積15.5km2，開采深度標(biāo)高859.97～549.97m，礦井生產(chǎn)能力1.20萬t/a。在3G02工作面軌道巷進行沿空留巷，將軌道巷保留下來，作為3G01工作面的運輸巷，沿空留巷總長度為615m。3G02工作面采用兩進一回Y型通風(fēng)，運輸巷為主進風(fēng)巷，軌道巷為輔助進風(fēng)巷，通過留巷、3G01工作面切眼和軌道巷進行回風(fēng)。沿空留巷軌道順槽凈寬5.2m，凈高2.7m。巷內(nèi)支護設(shè)計采用錨桿+π型梁聯(lián)合支護方式；巷旁支護選擇“矸石+料石”袋，同時在邊緣位置布設(shè)板塊石（其主要成分為中粒砂巖），實現(xiàn)對采空區(qū)隔離及頂板下沉支撐。

2 軌道順槽變形破壞特征及機理分析

軌道順槽采用上述支護方式后，整體的礦壓顯現(xiàn)較為劇烈，巷道圍巖變形破壞嚴重，為掌握軌道順槽變形破壞原因，現(xiàn)場對軌道順槽變形破壞特征進行了勘查。

2.1 巷內(nèi)基本支護問題分析

錨桿、π型梁組成了巷道基本支護體，從現(xiàn)場勘查情況來看，軌道順槽表層圍巖破碎非常嚴重。原支護系統(tǒng)中，錨桿被拉斷的情況普遍，巷道整體圍巖變形破壞劇烈，特別是軌道順槽巷道頂板下沉非常明顯，具體見圖1所示。

分析導(dǎo)致這種情況出現(xiàn)的主要原因為：在原支護情況下，錨桿、π型梁并沒有與圍巖形成一體化的支護結(jié)構(gòu)，特別是錨桿長度較短，沒有掛網(wǎng)，應(yīng)當(dāng)發(fā)揮的對圍巖的預(yù)緊壓縮作用沒有發(fā)揮出來，巷道深部圍巖對淺層圍巖的懸吊作用也沒有有效發(fā)揮出來。

圖1 原支護狀態(tài)下軌道順槽變形破壞情況

2.2 巷旁支護問題分析

在原有支護條件下，巷道頂板出現(xiàn)了大面積的沉降變形，巷旁支護選擇的“矸石+料石”袋，出現(xiàn)了整體性被壓碎的情況，見圖2所示。

分析導(dǎo)致巷旁支護失敗的原因主要為：選擇使用“矸石+料石”袋形成巷旁支護結(jié)構(gòu)，其相當(dāng)于選擇使用不同強度與剛度的材料“共同”來限制巷道頂板下沉。在這種“共同”支護條件下，隨著頂板來壓，矸石、料石材料將產(chǎn)生相近的變形量，但因為支護體剛度不耦合，各個“矸石+料石”袋所能夠提供的支護阻力有差異，在支護的局部容易形成應(yīng)力集中，當(dāng)集中的應(yīng)力超過“矸石+料石”袋強度時，將出現(xiàn)局部破壞。隨著局部破壞面積的增加，巷道應(yīng)力集中的情況將進一步延伸，巷旁支護失效的情況將會更多，從而導(dǎo)致運輸順槽出現(xiàn)大面積頂板下沉、巷旁支護料石被壓碎的情況。

圖2 原支護下巷旁支護體變形情況

為模擬“矸石+料石”袋變形破壞規(guī)律，選擇使用在REPA中構(gòu)建差異化剛度巷旁支護模型，得到了在共同支護條件下，隨著支護材料力學(xué)性能的不同，表現(xiàn)出的破壞特征。具體見圖3所示。

圖3 不同剛度條件下支護體變形破壞特征

從圖3中可看出，剛度相對較大的料石最先達到了強度極限，并隨之出現(xiàn)了破碎、卸壓，失去了支護能力。隨著加載壓力的不斷增加，矸石在頂板的不斷下沉過程中，其內(nèi)部的應(yīng)力也出現(xiàn)了不斷提升，最終也出現(xiàn)了破壞現(xiàn)象。因此，通過理論分析與模擬，均得到在進行巷旁支護時，各個支護體之間應(yīng)當(dāng)形成支護結(jié)構(gòu)的耦合，從而有效防止出現(xiàn)局部應(yīng)力集中的情況，避免出現(xiàn)巷道支護體漸進式破壞。

3 軌道順槽穩(wěn)定性控制對策分析

當(dāng)前，軌道順槽在原支護條件下已經(jīng)支護完畢，但是支護效果較差，因此，需對原有的支護進行針對性補強，同時，對軌道順槽進行拓幫、挑底、控頂。

3.1 巷內(nèi)補強支護機理及方案設(shè)計

考慮到在原支護條件下，原有支護強度較低且支護完整性較差的情況，對原有支護方案進行重新設(shè)計。具體為：

軌道順槽設(shè)計為凈寬5.2m，凈高2.7m，采用錨網(wǎng)索梁聯(lián)合支護方式，頂板錨索采用三二三二布置，錨索型號Φ17.8×8400mm；頂板每排采用6根高強錨桿支護，錨桿型號為Φ22×2400mm，間距950mm，排距950mm；煤幫采用高強錨桿支護，每排4根，型號Φ22×2400mm，間距750mm，排距950mm。超前工作面40m沿順槽橫向（垂直巷幫）采用一梁五柱加強支護，排距1m；滯后工作面100m沿順槽橫向（垂直巷幫）采用一梁三柱加強支護，排距1m。選用單體柱型號DZ31.5，超前π型鋼梁4.8m長，滯后π型鋼梁3.6m長。同時，選擇使用全斷面鋪網(wǎng)，選擇使用高強度鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)孔尺寸為100mm×100mm。

上述支護方案主要考慮在原支護條件下，巷道總體支護強度較低，對原支護中錨桿支護進行加強，同時配合使用鋼筋網(wǎng)，從而在運輸順槽淺部形成“錨桿+鋼筋網(wǎng)+淺層圍巖+π型鋼梁+單體液壓支柱”復(fù)合支護結(jié)構(gòu)，有效提升巷道淺部支護的整體性。同時，考慮到在原有支護條件下，巷道深部圍巖穩(wěn)定性沒有充分發(fā)揮出來，在巷道頂板打設(shè)錨索，通過錨索作用，將錨索、深部圍巖、“淺部復(fù)合支護結(jié)構(gòu)”構(gòu)成聯(lián)合支護結(jié)構(gòu)，有效保證巷道穩(wěn)定性。

3.2 巷旁返修支護機理及方案設(shè)計

本次巷旁支護設(shè)計返修方案為“錨桿+矸石袋+鋼筋網(wǎng)”。主要考慮全部設(shè)計采用矸石袋，能夠提升支護體的均一性，增強其支護耦合性。同時，在矸石袋中打入錨桿，并鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)，有利于增強整個支護結(jié)構(gòu)的強度與剛度耦合，提升其整體支護強度。設(shè)計選擇錨桿參數(shù)為Φ22×2400mm，間距750mm，排距950mm。支護實物圖見圖4所示。

圖4 巷旁支護實物圖

軌道順槽總支護設(shè)計圖見圖5所示。

圖5 軌道順槽返修支護示意圖

4 軌道順槽返修支護效果分析

采用十字布點法對巷道變形情況進行了監(jiān)測，得到巷道頂?shù)装遄畲笫諗苛繛?8mm，平均收斂量為63mm，兩幫移近量最大為112mm，平均移近量為74mm。在“巷內(nèi)‘錨網(wǎng)索梁聯(lián)合支護’+巷旁‘錨桿+矸石袋’支護”方案的支護下，軌道順槽整體變形破壞情況得到了較好的限制，滿足了軌道順槽使用要求。

5 結(jié)束語

（1）沿空留巷在深部巷道支護過程中，使用頻率越來越高，但支護問題也愈發(fā)突出，特別是隨著巷道埋深的不斷增加，傳統(tǒng)沿空留巷支護方式在很大程度上已經(jīng)不能滿足深部支護需求，需結(jié)合煤礦實際特點，對支護方案進行針對性優(yōu)化。

（2）巷旁支護設(shè)計是否合理成為沿空留巷支護成敗的關(guān)鍵，因此，在具體設(shè)計的過程中需進行重點考慮。