復雜條件下區段巷道合理支護方式技術研究

杜芳周

（陜煤集團銅川礦業公司柴家溝井，陜西 銅川 727000）

區段巷道作為工作面回采巷道，是礦山生產的主要井巷之一。其巷道設計合理性不僅關乎煤礦安全生產。因此，在礦山生產過程中，對區段巷道支護措施合理性定期評估具有重要意義。為此，我國大量學者對此進行研究，潘一山[1]基于屈曲原理，通過大量實驗研制出一種特設幾何形狀的吸能構件，通過該構件可緩解支架在工作面來壓過程中所受到的沖擊作用，保護支架不受破壞；馬念杰[2]提出對接長錨桿支護新技術，研究結果表明，當頂板下沉200mm時，對接長錨桿破斷率僅為1%，較錨索破斷率相差十倍，取得了良好的經濟效益；余偉健[3]通過分析半煤巖巷的內在力學原理提出，在進行巷道支護時，可通過利用兩肩、兩窩應力集中壓縮區穩定巖體的承載力。盡管目前大量學者對此進

行研究，仍有部分礦井在工作面推進過程中順槽破壞嚴重，煤壁出現片巷道出現底鼓等現象，結合此類問題，以某礦區40108工作面順槽為研究背景，進行區段巷道合理支護方式技術研究。

1 工程概況

礦區主采4#煤層，煤層屬堅硬頂板厚煤層，采煤工藝為綜采放頂煤采煤法，全部垮落式處理頂板。40108工作面走向長1920m，工作面寬180m，平均煤厚11.5m，在回采過程中，割煤高度3.4m，并有2.0m底煤預留，放煤平均煤厚6.1m。該工作面直接頂為厚的具有水平紋理的層狀泥巖，平均厚度1.0m，老頂為粉砂巖，平均厚度3.18m，底板為厚4.07m的鋁土質泥巖。

在回采40108工作面的過程當中，會嚴重的破壞到順槽的圍巖，主要表現為以下幾種：順槽有嚴重的底鼓情況，造成設備列車傾斜的情況；出現嚴重的順槽頂底板移近的情況，如此一來就會出現順槽凈空與實際回采標準不符，設備列車前行無法順利進展的情況。對工作面的安全回采工作造成了嚴重的影響，在推進工作面的基礎上還要用大量的物力以及人力來再次修復順槽，進而導致回采速度下降，嚴重的話還會就此停滯不前。

2 數值模擬

2.1 模擬工況

結合現場調研資料，我們來分三種情況來模擬卸壓槽開挖、現有支護方案以及錨桿(索)加固，如表1所示。為了對底鼓治理方案是否合理進行驗證，我們對順槽圍巖的變形特征以及應力狀態在三種治理方案下的不同情況進行分析。

表1 支護方案工況表

2.2 模型建立

計算模型為二維模型，模型尺寸為寬×高=60×70m，巷道斷面為寬×高=5.2m×3.3m。其模型為摩爾～庫侖塑性，通過法向方式來約束模型的左側兩側，對上部不進行約束，而底部的話則采用全部約束的方式來進行，在模型的上部施加覆巖層自重應力。一共有11724個節點和8358個模型組成。

2.3 模擬結果

通過分析現有支護方案下Z方向應力云圖我們發現，兩幫豎向最大應力為19.3MPa；而由于巷道頂板受到錨索以及錨桿預應力的關系，豎向應力為2.3MPa。而在分析了現有支護方案下順槽圍巖水平應力云圖后我們發現，在無支護結構約束的條件下，巷道底板的應力值相對較低，會釋放一部分的壓力；巷道頂板由于受到錨索的擠壓加固，其水平應力大概為4.1MPa。

表2 現有支護方案下Z方向位移移近量表(mm)

分析探索后我們發現，在面對順槽圍巖變形的情況下，現有的支護方案可以對其進行一定的控制，但是因為沒有達到足夠的支護強度，且沒有充分考慮到底板的控制情況，會造成嚴重的底鼓以及較大的圍巖變形情況。

綜合上述分析可得，底鼓治理方案通過提高支護強度參數來控制頂板以及順槽的變形情況，再者采用開槽泄壓的方式來集中釋放底板壓力，從而也有效控制了底板的變形情況。

3 結論

（1）就其評價結果而言，現有的順槽支護方案與安全回采標準不符。在對工作面順槽破壞原理進行分析的過程當中，與圍巖松動圈、礦壓顯現規律以及動壓系數等具體現象相結合，對控制圍巖的具體方式、所得參數以及工程類比法等進行綜合計算，從而來進一步完善回風順槽以及運輸順槽的支護方案。

（2）順槽“鎖腳鋼管+注漿+樹根樁+卸壓槽”底鼓綜合治理技術理念的提出，使巷道應力環境得到了進一步改善的同時，還使巷道支護結構強度得到了有效提升，不但要對兩幫和頂板進行加強支護。

（3）在布置形式方面我們采用“2+3+2”來替代了之前的“2+1+2”的形式，從而合理控制了順槽頂板的變形情況；因為對錨索進行加密的方式具有一定的減跨效果，從而使順槽頂板的變形情況變得越發均勻。

（4）采用了注漿加固后的鎖腳錨桿使巖層愈加穩固的同時還是其自穩能力提到了有效提高；而其本身所具有的抗剪切作用，能夠對幫部變形傳遞至底板的情況進行有效阻止。

（5）分析所得順槽支護方案能夠對其圍巖的變形情況進行合理控制，與現階段的安全回采標準相符。