深部厚層軟弱復合頂板巷道支護技術研究

張小勇

（山西汾西瑞泰能源集團有限責任公司，山西 晉中 030600）

0 引言

隨著煤礦開采深度的不斷增加，地下水滲透壓、溫度、地應力各項內容都會加大，這也就導致煤礦開采時，控制巖層穩定性面臨較大難度，特別是實際開采期間，巷道原巖應力將會不斷加大，如果在具體開采作業時，巷道塑性區、破碎區范圍超過5.0 m 后，維護巷道難度大，針對這一情況，要加強對強采動、大埋深影響下，采用的深部巷道支護技術的探究，通過分析采取合理支護技術，確保后續開采作業穩定進行。

1 煤礦具體情況

某煤礦工程的設計生產能力為262.5 t/a，針對煤礦實際情況進行核定，最終確定該煤礦生產能力為460.5 t/a。通過對煤礦的具體生產情況來看，隨著煤礦服役年限的推移，煤礦開采進入深部，其中部門粉煤層深度達到了958 m 以下，對煤礦的巷道情況進行觀察，顯示出了多深部礦壓特點，具體表現為整個巷道在煤礦開采過程中發生了嚴重變形，而且隨著時間推移，圍巖內構造會出現水平或應力加大，在后續開采時，會發生較為嚴重的圍巖破碎問題。為了使這一問題能夠得到解決，確保開采安全，提高開采效率，要適當增加錨索、錨桿數量，加大了開采作業面孔的施工難度。

2 具體支護方案的選擇

2.1 依據煤礦情況選擇巷道斷面

通過對該煤礦的具體情況進行分析可以發現，采礦區內的軌道形狀主要有以下兩種類型：

2.1.1 圓形斷面

這一類選斷面主要適合應用到U 型鋼架支護（如圖1 所示）中，這一類型的支護在具體應用期間，整體受力均勻，而且巷道在應用時不會發生的嚴重變形問題，一般來說是在通過對拱形斷面進行應用，無法實現對圍巖變形情況進行控制的情況下才能應用；同時，煤礦內設置的巷道高度和直徑相同情況下，利用圓形斷面能夠通過對面積進行應用，減小拱形斷面，需要注意的是采取圓形斷面，施工作業開展時難度較大。

圖1 U 型鋼架支護

2.1.2 直墻半圓拱形斷面

該斷面在具體應用期間，適合應用到U 型鋼支架支護和錨桿支護中，主要適合應用在圍巖、地質條件相對較好區域內。

通過該煤礦的具體情況進行確定，具體施工作業開展期間，適合采用直墻半圓拱形斷面，采取這一方式，能夠實現對巷道的保護，確保后續煤礦開采作業順利進行[3]。

2.2 科學布置巷道層位

對煤礦所在區域地質情況進行分析，在進行巷道布置時，為了保證最終布置合理性，實際布置時要堅持下列原則：

1）針對距離煤層相對較近的巖層中，在具體布置時要減少工作面，同時還要與采礦區下山巷道進行連通，維護巷道穩定性，確保后續開采作業能夠順利進行，避免由于采礦區發生波動，引發事故。

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2）在進行巷道層位進行布置時需要對巖層情況進行勘察，通過勘查結果確定為巖層穩定區域，將巖層布置在該區域內，采取此種作業方式，就是為后續支護和維護提供便利條件。通過對該礦區進行分析可以確定，若將巷道層位布置在基本頂中，巷道不會發生嚴重變形，而且整體維護量相對較小，但是由于離煤層相距較遠，這一現象也就導致在進行工作面布置時，與采取下山相連通巷道巖巷量增多；如果將采取軌道下山布置到煤層底板中，在具體煤礦開采期間，巷道將會受直接頂、上部煤層等不穩定巖層影響，會加大壓力[4]。通過詳細分析，最終決定在煤礦工程中，將軌道下山布置在與基本頂相距5.8 m 的直接頂板中，實現對巷道保護，保證整體開采環境穩定性，避免發生安全事故。

2.3 巷道支護技術應用分析

通過對該煤礦工程具體情況進行分析，針對本煤礦深部厚層復合軟弱頂板來說，在對其進行控制時，要提高對巷道掘進后，圍巖控制與處理作業的重視，以免由于開采作業以及自然環境因素影響，導致破損區發生擴大或延伸等不良現象[5]。與此同時，還要對底腳和兩幫支護進行適當強化，在現階段頂板施工，支護手段都沒有獲取到實際性質情況下，保證底板自由，適當進行卸壓處理，而在煤礦巷道底板底鼓之后，采取人工拉底方式進行處理，實現對巷道的保護，滿足后續煤礦開采需求即可。針對深部巖巷道處理時，最終決定采取支錨索+圍巖注漿方式的梯次組合支護方式，實現對巷道穩定的保護。

通過對煤礦的實際開采情況進行分析可以發現，隨著埋深的不斷加大，整個巷道進行開掘后，巷道內的破碎區、塑性區范圍加工會不斷擴大，而且圍巖裂隙也會進一步發育，針對這一現象，如果在作業時只采取U 型支架支護或錨網噴方式無法確保巷道支護強度達到預期，從具體情況來看，要利用深淺孔注漿方式進行處理，通過這一方式能夠有效減少巷道圍巖中裂隙的出現，進而使巖層內部黏聚力能夠得到進一步提高，通過對短錨索、高強度錨桿、長錨索等各項結構進行應用，從而讓頂板巖層能夠形成一個加固承載梁，提高整個巷道圍巖支護強度，實現對巷道圍巖變形量以及圍巖變形范圍擴大的有效控制，降低巷道圍巖變形情況的發生，使巷道圍巖能夠由原本不穩定逐漸趨于穩定[6]。梯次組合支護主要分為以下幾個階段：

2.3.1 通過造殼方式形成梁

相關工作人員在實際作業開展時通過對錨桿、金屬網、附件各項內容進行應用，從而使錨固巷道表面周圍巖層能夠形成穩定支護結構，從具體情況來看，該結構起到的宏觀作用就是避免巷道在煤礦開采期間發生直接冒頂、巷道片幫等各種不良現象，而從微觀方面來看，這一支護結構能夠發揮的作用就是有效減緩巖體膨脹現象，以及裂隙發育延伸，總的來說，就是能夠為巷道提供具有較強承載力的梁結構或殼體。需要注意的是，為了縮短工期，保證整個煤礦開采作業，要在巷道掘進后，第一時間開展時相應施工作業。

2.3.2 向錨固區域內的注漿

施工人員加工直徑大小為22 mm 的鍍鋅鋼管，將其制作為注漿管路，考慮到施工現場具體情況，采取長度1.8 m 的注漿管，在整個斷面一共布置了6 根注漿管路，進行注漿管路時，為了確保注漿作業順利進行，保證注漿效果能夠達到預期，相鄰注漿管之間距離為65 cm，所有注漿管路都要布置在兩排錨桿之間，注漿時，為了保證注漿作業順利，提高最終注漿質量，要將注漿壓力控制在0.5～0.8 MPa 之間，水灰比應對控制在0.9～1.0 之間，在錨固區域內進行注漿作業，通過注漿能夠使錨固區內直接頂板裂隙可以形成一個穩定整體，該項作業要在巷道掘進作業完成14 h后開展。

2.3.3 形成高強度梁

通過對錨索與附件進行應用，在第一層支護基礎上，錨固巷道深部巖層，從而能夠在巷道頂板上形成加強梁，同時，能夠在巷道幫部形成更寬，而且具有高承載力的墻體，完成短錨索布置之后，要立即采取噴漿方式對巷道進行處理，從而形成穩定巷道，該項作業通常要在掘巷28 h 后開展。

2.3.4 錨固區域外圍注漿

利用制作的注漿管路，向錨固區外圍巖進行注漿作業，各項參數與錨固區域內的注漿的各項參數相一致，該項作業在掘巷72～120 h 內開展。

2.3.5 形成高強度剛性梁

采用長且帶有讓壓管和大托盤單體錨索，彎沉對巷道頂板更深處巖層的錨固，向錨索施加高強度預拉應力前，將上述各項階段串聯成一個整體，減小不同階段，以及每個階段內部發生的撓曲變形和離層現象，形成高強度梁承載結構，從而使深部巖層的具體承載力能夠得到進一步提高，實現對巷道變形的有效控制，這一階段通常在掘巷120～216 h 內完成。

3 結語

相關工作人員要從掘進巷道開始，對巷道整體情況進行觀察，動態反應巷道圍巖整體情況，依據反饋的各項數據，科學調整支護參數，從而實現對圍巖變形情況的有效控制。通過180 d 觀察可以發現，巷道頂板發生最大下沉量約為15 cm，兩幫最大位移量約為7.2 cm，圍巖變形量都在可控范圍內，通過觀察巷道頂板和圍巖兩幫觀察可以發現，整個巷道能夠位于穩定，這一結果表明，本煤礦工程采用支護方式是可行的。