中能煤業2038 回風順槽掘進遇破碎頂板綜合支護技術研究

任紅偉

（長治三元中能煤業有限公司，山西 長治 046000）

巷道破碎頂板的支護一直是生產過程中的難題，如果支護不當容易發生安全事故，造成嚴重的損失[1-3]。因此，對于破碎頂板的巷道掘進后，尤其是在受動壓影響嚴重的迎頭附近，必須在采用合理的支護措施下，才能進行繼續施工[4-6]。中能煤業2038 回風順槽為軟巖頂板，掘進期間受2306 工作面回采動壓影響，頂板破碎，需要進行支護優化和加強。

1 概況

2308 回風順槽位于二采區，工作面標高+410～+450 m，在西翼皮帶大巷西端開口，以270°方位掘進881.4 m 后，再以184°50′掘進798.9 m。南距2306 回風順槽446.3 m，東距2306 工作面采空區（2306 回風順槽）37.8 m，西、北均為實體煤。巷道沿3#煤層掘進，煤層均厚4.65 m。煤層直接頂主要由泥巖和砂質泥巖構成，巖層強度低，受動壓影響頂板易破碎。結合軟巖頂板和相鄰順槽頂板下沉情況，預計在迎頭50 m 范圍內為動壓影響區，頂板下沉量大，見表1。

2 支護設計

2308 回風順槽在動壓影響區頂板下沉量大，需要對支護參數進行優化。通過分析頂板煤巖體下沉量，設計了5 種錨網索支護參數。不同支護方案的參數見表2。

表2 不同方案支護參數表

3 不同支護方案的數值模擬

3.1 模擬方案

2308 回風順槽設計了5 種不同支護方案，通過FLAC3D模擬不同方案下圍巖變形情況，確定最優支護參數。建立150 m×50 m×80 m 的力學模型，材料參數見表3。

表3 2308 回風順槽材料參數

3.2 模擬結果分析

（1）頂板無支護圍巖變形

2308 回風順槽掘進后，受頂板軟巖影響，如果不對頂板進行支護，迎頭附近受動壓影響會發生較大變形，甚至會出現破碎垮落。2308 回風順槽掘進后未支護圍巖變形情況如圖1。

圖1 2308 回風順槽無支護位移圖

由圖1 分析可知，2308 回風順槽掘進后若不進行支護，迎頭前50 m 范圍會出現較大變形，頂板最大下沉量達到180 mm，嚴重影響頂板的完整性和安全性。兩幫和底板最大變形量分別為41 mm、22 mm，相對頂板變形較小，因為兩幫和底板處于應力降低區，受動壓影響相對頂板較小。

（2）不同支護方案圍巖變形

根據設計的5 種不同支護方案，通過模擬得到不同方案圍巖變形量，確定最優支護參數。2308 回風順槽掘進不同支護方案圍巖變形情況見表4。

表4 2308 回風順槽不同支護方案圍巖變形

由表4 可知，2308 回風順槽分別采用5 種不同支護方案后，頂板下沉量均出現大幅度減小。通過對方案進行具體分析可知，方案1、2 頂板下沉量比方案3 分別減小20.7 mm、24.7 mm；方案1、2兩幫和底板變形量比未支護情況下均減小10 mm 以上，而方案3 基本無變化。巷道頂板支護后變形量會逐漸變小，在穩定狀態下會達到最大值，方案1、2、3 頂板穩定時最大變形量分別為120 mm、118 mm、138 mm。同時，方案1、2 圍巖變形達到穩定狀態的時間小于方案3。因此，2308 回風順槽掘進后頂板采用方案1、2支護效果比方案3更優。方案1、2 支護效果基本相同，方案2 頂幫錨桿的間排距大，采用錨桿數量更少，礦井的經濟效果更優。

方案2、4、5 錨桿的參數相同，錨索的長度不同，分別為9 m、8.5 m、8 m。3 種不同方案支護后，頂板穩定時最大變形量分別為120 mm、117 mm、117.5 mm。方案4、5 相對方案3 頂板下沉量更小，而方案5 錨索長度比方案4 更短。結合控制頂板變形和經濟效益，2308 回風順槽采用方案5 支護效果更優。

4 工程實踐

4.1 錨網索支護

通過FLAC3D模擬得到2308 回風順槽錨網索支護參數見表5。

表5 2308 回風順槽錨網索支護參數

4.2 注漿加固

2308 回風順槽頂板易破碎，需對迎頭前50 m范圍內進行注漿加固，保證巷道的完整性，進一步提高支護強度。注漿設備及參數見表6。

表6 注漿設備及參數

2308 回風順槽頂板布置4 個鉆孔，兩幫各布置3 個注漿鉆孔，注漿參數見表7。

表7 2308 回風順槽注漿參數

5 效果檢驗

2308 回風順槽頂板采用錨網索+注漿支護后，進行了頂板變形量監測，以驗證支護效果。在巷道布置監測點，通過測桿和鋼卷尺監測頂板下沉量，在監測的30 d 內，2308 回風順槽頂板最大下沉量為88 mm，相對支護前有了明顯改善，支護效果明顯。

6 結論

（1）2308 回風順槽受軟巖頂板等因素影響，頂板易破碎，為保證頂板的完整性，設計了5 種不同支護方案。采用FLAC3D模擬不同方案支護后圍巖變形量可知，錨桿越密、錨索越短，圍巖變形量越小。結合礦井經濟效益，2308 回風順槽采用方案5 進行頂板支護。

（2）結合數值模擬和地質條件，2308 回風順槽采用錨網索+注漿支護，分別設計了施工參數，并通過監測頂板下沉量可知，設計支護方案和參數支護效果明顯，能明顯減小頂板下沉量。