深部動壓15247S 回風巷圍巖控制技術研究

劉 松 代衛林

（冀中能源峰峰集團邯鄲寶峰礦業有限公司九龍礦，河北 邯鄲 056000）

1 工程概況

冀中能源峰峰集團九龍礦為突出礦井，井底大巷標高為-600 m。采煤工作面巷道采用四巷布置，分別是進風巷、回風巷、底抽巷和高抽巷。15247S回風巷與15245S 進風巷之間的凈煤柱寬10 m，利用原1501S 工作面（已回采結束）回風運料石門系統進行掘進。15247S 工作面巷道埋深在700～826 m之間，屬深部開采工作面，具有埋深大、地質構造多、煤巖不連續面發育、瓦斯含量高、需要的巷道斷面大等特點，巷道支護困難。

2 號煤均厚6 m，基本頂為粉砂巖，均厚9.0 m，再往上為1 號煤、砂質泥巖、細砂巖，直接頂為砂質泥巖，厚3.9～5.9 m；直接底為砂質泥巖，平均厚3.5 m，基本底為粉砂巖，厚6.0～8.0 m。

2 巷道圍巖破壞機理

2.1 類似巷道原支護方案

15247S回風巷與15245S回風巷處于同一層位，且15245 回風巷在相鄰15445N 回采過程中掘進，又要服務于15245S 回采工作面，地質及生產條件與15247S 回風巷類似。15245S 回風巷頂板錨桿選用Ф20 mm×2400 mm 的螺紋鋼金屬錨桿，托盤為220 mm×140 mm×10 mm“碟形”托盤，錨固劑為MSCK23-60 型樹脂錨固劑一卷，錨固長度600 mm，頂錨索選用Ф21.6 mm×6200 mm 和Ф21.6 mm×8200 mm 兩種規格，1860 級低松弛鋼絞線，托盤為220 mm×140 mm×16 mm“碟形”托盤，錨固劑為MSCK23-120 型樹脂錨固劑一卷，錨固長度1200 mm。錨桿呈“三四三”布置，錨索呈“四三四”布置，即第一排鋼帶布置四根錨索三根錨桿；第二排鋼帶布置三根錨索四根錨桿；第三排同第一排，第四排同第二排依次進行支護。“碟形”鋼帶規格4500 mm×220 mm×4 mm，頂部菱形網規格6300 mm×1000 mmn，10 號鐵絲編制，排距850 mm。

幫錨桿選用Ф18 mm×2500 mm 圓鋼錨桿，托盤為鋼帶配套的180 mm×140 mm×8 mm 鋼托盤，錨固劑為MSCK23-60 型樹脂錨固劑一卷，錨固段長度600 mm，間距800 mm，排距850 mm。

幫錨索采用排列交叉支護，第一排在靠煤柱幫一側頂板向下300 mm（第一根）與190 mm（第三根）處各打一根Ф17.8 mm×4200 mm 的幫錨索，第二排在靠煤柱幫一側頂板向下1100 mm 與190 mm 處各打一根Ф17.8 mm×4200 mm 的幫錨索；第三排錨索布置同第一排，第四排同第二排，依次支護。錨固劑為MSCK23-120 型樹脂錨固劑一卷，錨固長度1200 mm。幫部菱形網規格為3500 mm×1000 mm。另在巷道兩幫上部除正常使用托盤外，增設Ф10 mm×80 mm×2200 mm的鋼筋鋼帶加強支護。

2.2 圍巖破壞機理

經現場實勘，15245S 回風巷在經歷15445S 回采動壓影響之后，巷道變形量大，兩幫移近量最大達到1.4 m，頂底板幾近閉合，頂板粉砂巖發生錯動、離層和下沉，頂板鋼帶發生彎折，巷道局部發生冒頂；巷道鼓包嚴重，底板泥巖層狀彎曲、縱向拉伸破斷底鼓，為典型的應力型底鼓。頂板灰巖節理裂隙發育，受動壓影響后變成散塊狀，破碎后對錨索形成剪切。分析主要受三方面的因素影響：一是巷道圍巖地質條件。頂板雖然有灰巖，但灰巖薄且夾有方解石礦脈，大幅度降低了灰巖的強度和整體性；煤體強度低，尤其是巷幫上部有1.5 m 厚的煤層極其松軟，掘巷時成型困難；另外構造多，煤體節理裂隙發育。二是巷道工程賦存環境。九龍礦巷道埋深超過700 m，屬深部礦井，地應力大。三是巷道施工因素。15247S 回風巷是沿采空區邊緣掘進的動壓巷道，掘進中將打破上區段采面剛形成的短暫平衡，動壓對巷道影響巨大；臨近配風巷采用爆破掘進，劇烈震動對15247S 回風巷有二次動壓影響；原支護頂板錨桿錨索布置在同排鋼帶上，由于錨桿錨索預應力等級差別大，導致錨桿幾乎失去了支護作用；巷幫支護強度更低，整體支護協調性差。

3 深部動壓巷道圍巖控制技術

3.1 支護參數選取模擬分析

為了確定15247S 回風巷合理的支護方式及參數[1-3]，對掘進期巷道頂板全錨索所產生的應力場進行了模擬分析。

（1）錨索預應力形成的應力場數值分析

對預應力分別為50 kN、100 kN、200 kN、250 kN 時錨索支護預應力場分布情況進行模擬。從模擬數據可知：隨著預應力增加，錨索預應力場的應力值與有效壓應力區范圍不斷增加。在高預應力下，錨索預應力場的應力值大，形成的壓應力區范圍廣，錨索的主動支護作用得到充分發揮。

（2）錨索長度對預應力場的影響分析

對錨索長度與預應力場的影響情況進行模擬，從模擬數據可知：① 預應力一定時，短錨索主動支護作用優于長錨索；② 錨索越長，施加的預應力應越大；③ 提高錨索的預應力可適當減少錨索長度；④ 根據錨索預應力水平，確定錨索長度在4～6 m 較合理。

3.2 支護參數的確定

依據深部礦井沿采空區邊緣掘進巷道受強烈動壓的圍巖控制技術特點，確定15247S 回風巷高預應力高強度錨索組合支護參數如下：

（1）頂板支護參數。錨索型號為SKP22-1/1860-5200，每排5 根錨索，距幫400 mm，間距1000 mm，排距1000 mm，全都垂直頂板巖層打設，預應力加長錨固，1 支MSK2335 和2 支MSZ2360樹脂藥卷錨固。鉆頭直徑30 mm，錨固長度1970 mm。錨索托板采用300 mm×300 mm×16 mm 高強度可調心拱形托板及配套鎖具，托板承載能力不低于500 kN，托板高度不低于60 mm。網片采用菱形網護表，網片為網格30 mm×30 mm 的10 號鉛絲編織，規格為5.0 m×1.1 m。當頂板有原始裂隙時，采用鋼筋網護頂，網孔規格100 mm×100 mm，采用6.5 mm 鋼筋編織焊接而成，規格2.6 m×1.1 m，每排兩片搭接，采用10 號鉛絲孔扎緊，錨索張拉預緊力損失后大于等于250 kN。

（2）兩幫支護參數。錨索型號為SKP17.8-1/1860-4200，每幫每排4 根錨索，距頂、底各500 mm，間距1000 mm，排距1000 mm，全都垂直兩幫巖層打設，預應力加長錨固，1 支MSK2335 和2 支MSZ2360 樹脂藥卷錨固。鉆頭直徑30 mm，錨固長度1406 mm。錨索托板采用300 mm×300 mm×14 mm 高強度可調心拱形托板及配套鎖具，托板承載能力不低于350 kN，托板高度≥60 mm。網片采用菱形網護表，為網格30 mm×30 mm 的10號鉛絲編織，規格4.0 m×1.1 m，張拉預緊力損失后大于等于150 kN。

4 應用效果

監測結果表明：15247S 回風巷正常段兩幫移近量最大為217 mm，頂底板移近量最大為295 mm，巷道變形量不大；15247S 回風巷構造段巷道兩幫變形量也較小，在350 mm 以下，頂底板移近量稍大，達到500 mm 以內，底鼓嚴重，主要和巷道底板為泥巖有關。根據回采時通風和設備的要求，巷道寬度不小于3500 mm 即可滿足使用，可見15247S 回風巷在回采時只需拉底即可滿足15247S 工作面的回采使用，說明強力全錨索支護系統完全能控制深部礦井應力升高區動壓巷道的變形。

5 結論

九龍礦深部動壓巷道圍巖離層、滑動、裂隙張開、新裂紋在掘巷之前均已經產生，要求支護系統要有更大的強度和剛度，全斷面全錨索支護克服了錨桿支護破斷力偏低、預緊力轉化效率低、預緊力不足的缺點。實踐應用表明：高預應力全錨索支護技術控制圍巖變形能力非常強，尤其對于深部動壓巷道，有效控制了圍巖強烈變形，巷道兩幫收斂量控制在500 mm 以內，頂板下沉量控制在200 mm以內，支護效果良好。