1301工作面回采巷道圍巖分類及控制技術應用

（山西蘭花科創玉溪煤礦有限責任公司，山西 晉城 048000）

1 工程概況

山西蘭花科創玉溪煤礦1301工作面位于一盤區，開采3#煤層，煤層均厚為5.85m，平均傾角為4°。煤層內部節理裂隙較為發育，屬松軟煤層，含有一層夾矸層，夾矸厚度為0.28 m。煤層頂板巖層為泥巖和中砂巖，底板巖層為泥巖和砂質泥巖。工作面采用大采高綜合機械化采煤工藝。1301工作面膠帶順槽沿煤層底板掘進，巷道斷面形狀為矩形，掘進寬度為5.7m，掘進高度為3.8m，巷道掘進期間出現圍巖變形量大的問題，現通過判斷圍巖的穩定性，再基于圍巖等級進行具體支護方案的設計，以保障巷道圍巖的穩定。

2 巷道圍巖穩定性分類

2.1 巷道圍巖力學測試

在膠帶順槽支護方案設計前，通過現場取樣進行圍巖力學測試，以掌握巷道圍巖的力學參數，取樣在膠帶順槽內進行，其中頂板取芯30m，底板取芯12m，將試樣加工成標準件，在實驗室內進行物理力學參數測試作業。

根據測試結果繪制膠帶順槽頂底板各巖層的物理力學參數及圍巖結構見圖1。

圖1 膠帶順槽頂底板各巖層的物理力學參數及圍巖結構

2.2 巷道圍巖穩定性分類

根據我國《工程巖體分級標準》（GB/T 50218-2014）巷道圍巖穩定性的劃分標準可知，煤巷圍巖根據穩定程度劃分為5個等級，其中穩定類有三個級別，分別為：非常穩定、穩定和中等穩定（編號分別為Ⅰ類、Ⅱ類和Ⅲ類），不穩定類有兩個級別，分別為不穩定和極不穩定（編號分別為Ⅳ類和Ⅴ類），具體圍巖分類指標參考值見表1[1-2]。

表1 巷道圍巖穩定性分類指標參考值

根據圖1測試結果，結合巷道圍巖穩定性的分類標準，具體進行膠帶順槽圍巖穩定性的分類。

（1）分類指標

根據玉溪煤礦1301工作面膠帶順槽內鉆孔所取巖芯巖性分析結果及地質資料，得出與膠帶順槽圍巖穩定性分類相關的7個參數及其變化范圍見表2。

表2 巷道圍巖穩定性分類基本參數

表2巷道穩定穩定性分類的7個基本分類參數，其參數值的選取分別為：①頂板巖石單軸抗壓強度取為頂板巖層2倍巷道寬度深度內煤巖體單軸抗壓強度平均值；②底板巖石單軸抗壓強度取為底板巖層巷道寬度深度內煤巖體單軸抗壓強度的平均值；③巷幫煤層單軸抗壓強度按煤層的單軸抗壓強度取值；④巷道埋深指巷道位置與地表的垂直距離，玉溪煤礦1301工作面巷道平均埋深500 m左右；⑤護巷煤柱寬度指巷道一側煤柱的實際寬度；⑥采動影響系數指因工作面回采引起的超前支承壓力影響，對于回采巷道來說N值等于直接頂板厚度除以煤層采高；⑦圍巖完整性指數指圍巖節理、裂隙、層理的影響程度，取D=12～15[3]。

（2）分類結果

根據圍巖穩定性分類方案見表1，1301工作面膠帶順槽圍巖的7項基本分類參數，結合表1和表2確定玉溪煤礦1301工作面膠帶順槽圍巖屬于Ⅳ類不穩定圍巖。

3 圍巖控制技術

3.1 基于巷道圍巖類型建議的錨桿支護參數

基于煤巷錨桿支護技術規范可知，Ⅳ類巷道圍巖的基本支護應該選用錨桿+W鋼帶+網，或增加錨索桁架+網，或增加錨索[4-5]。

3.2 支護方案設計

根據1301工作面膠帶順槽圍巖穩定性的分類結果，確定巷道支護方式為錨桿（索）+金屬網+鋼筋梯子梁；結合巷道的具體地質條件進行各項支護參數的設計，支護方案如下：

（1）頂板支護：采用高強度左旋螺紋鋼錨桿，桿體的材質為HRB335鋼材；托盤采用長×寬×厚=150 mm×150 mm×10 mm的高強度拱形托盤；錨桿的錨固方式為樹脂加長錨固。錨索采用高強度1×7股鋼絞線；托盤采用長×寬×厚=300 mm×300 mm×10 mm的高強度拱形托盤，錨固方式采用樹脂加長錨固。為保證頂板支護的整體性，采用鋼筋梯子梁將錨桿索有效連接，鋼筋梯子梁長度×寬度為5400 mm×80 mm。采用網孔尺寸為50 mm×50 mm菱形金屬網進行護表，具體支護參數見表3，支護形式見圖2。

表3 膠帶順槽頂板錨桿（索）支護參數

（2）巷幫支護：幫部錨桿材質、規格、錨固方式、托盤材質和規格、鋼筋梯子梁等的各項參數均與頂板支護參數相同，支護斷面內錨桿每排布置4根，幫部靠近頂角的錨桿與水平方向成20°布置，其余錨桿均垂直于巷道幫部布置，具體支護參數見表4，支護形式見圖2。

表4 膠帶順槽巷幫錨桿支護參數

圖2 膠帶順槽支護布置

3.3 支護效果分析

為分析1301工作面膠帶順槽的支護效果，在巷道里程100m的位置設置監測站，監測巷道頂底板及兩幫移近量，根據監測結果，繪制圍巖變形量隨與掘進迎頭距離變化曲線見圖3。

圖3 掘進期間巷道表面位移曲線

分析圖3可知，膠帶順槽掘進期間，巷道圍巖的變形量隨與掘進迎頭距離的增大而逐漸增大，頂底板移近量主要發生在掘進工作面后方0～40m，當監測斷面滯后掘進工作面40 m后，頂底板變形速率大幅減小，變形逐漸趨于穩定，兩幫變形主要發生在掘進工作面后方25～70m，監測斷面滯后工作面70 m后，兩幫變形基本達到穩定狀態。通過對比頂底板移近量與兩幫移近量可知，巷道圍巖變形中兩幫移近量相對較大，導致兩幫變形量大的主要原因為3#煤較為松軟。巷道圍巖變形穩定后，兩幫和頂底板移近量的最大值分別為22 mm和86 mm，巷道掘進期間的圍巖變形量整體較小。

4 結語

1）通過進行1301工作面膠帶順槽圍巖力學測試，得出巷道頂底板各巖層物理力學參數及圍巖結構圖。

2）基于圍巖力學測試結果，結合巷道圍巖穩定性分類標準，確定1301工作面膠帶順槽屬于Ⅳ類不穩定圍巖，并針對圍巖分類結果，建議支護形式及部分支護參數。

3）根據巷道圍巖類型建議的錨桿支護參數，結合巷道具體特征，確定巷道采用錨桿（索）+金屬網+鋼筋梯子梁聯合支護，并通過掘進期間的巷道表面位移觀測結果知，圍巖變形量較小，圍巖控制效果良好。