采動影響巷道耦合讓均壓支護技術研究

黃鵬鵬

（汾西礦業兩渡煤業， 山西 靈石 031302）

0 引言

留設寬度較大的保護煤柱護巷時，雖然可降低巷道受鄰近采面回采影響、提高巷道圍巖穩定性，但是也面臨煤柱損失量大、煤柱位置應力集中等問題[1-2]。隨著煤炭資源高強度開采的持續推進，提高煤炭資源利用率成為煤炭回采時需要面臨的問題之一，同時礦井采深增加導致煤炭回采受瓦斯、地質構造、地應力等影響更為顯著，礦井普遍面臨較為突出的采掘接替緊張問題[3-4]。部分礦井為解決瓦斯涌出量大、增加供風量，采用“一面三巷”甚至“一面四巷”方式，通過增加通風巷道數量滿足煤炭高效回采需要。采面使用多巷回采時留設的保護煤柱寬度往往較小，回采巷道受采動壓力影響顯著，導致圍巖控制難度較高。以山西某礦31303 回采巷道圍巖控制為工程背景，在對動壓影響下巷道圍巖變形特征及支護問題分析的基礎上，提出通過耦合讓均壓技術實現圍巖控制，為巷道安全使用創造良好條件。

1 工程概況

1.1 地質概況

31303 綜采工作面開采的13 號煤層厚度3.9 m，采用綜采開采工藝、一次采全高。13 號煤層埋深均值450 m，賦存較為穩定，直接頂為厚度3.59 m 的泥巖，裂隙發育且穩定性較差；基本頂為厚度9.62 m 的石灰巖，堅硬且穩定；直接底為3.26 m 的泥巖、砂質泥巖互層，遇水容易膨脹；基本底為19.3 m 粉砂巖。31303 綜采工作面設計推進長度為1 980 m，采用“兩進一回”通風方式，具體布置如圖1 所示。313031 巷、313032 巷均為31301 綜采工作面回采巷道，其中313031 巷、313032 巷分別通過切頂留巷、保護煤柱方式保留下來為31303 綜采工作面生產服務，313032巷與313031 巷間留設寬度25 m 護巷煤柱。由于313032 巷受鄰近31301 采面以及31303 開采引起的采動壓力影響，導致巷道圍巖變形較大。

1.2 巷道支護參數及支護面臨問題分析

313032 巷為矩形斷面，凈寬為5 600 mm、凈高為3 900 mm，沿著13 號煤層底板掘進，圍巖綜合采用錨桿+金屬網+錨索+鋼筋托梁方式支護。頂板用5 根規格Φ22 mm×2 400 mm 錨桿、3 根規格Φ22 mm×6 300 mm 錨索，間排距分別按照1 000 mm、1 000 mm，1 500 mm、1 500 mm 布置，頂板用鋼筋托梁強化支護；巷幫布置4 根規格Φ22 mm×2 400 mm 錨桿，間排距為800 mm、1 000 mm；全斷面鋪設金屬網。

313032 巷在采動影響下出現頂板下沉、巷幫收斂以及底鼓明顯等問題，為滿足31303 回采要求，需對巷道斷面進行修整。同時為更好適應現有地質條件下動壓影響巷道圍巖控制需要，提出采用耦合讓均壓技術支護313032 巷。

2 313032 巷耦合讓均壓支護應用

2.1 錨桿（索）長度及預緊力確定

礦井13 號煤層回采巷道使用的錨桿長度均為2 400 mm，當遇地質構造時適當加密錨桿、錨索間排距。在地質條件正常且不受或者受采動影響不顯著區域內，巷道錨桿、錨索設計方案可滿足圍巖控制需要。但是由于313032 巷受2 次采動動壓影響，導致巷道圍巖破碎、裂隙發育以及圍巖變形量大，甚至部分錨桿（索）失效。為此，依據回采巷道現場情況以及巷道圍巖破碎圈理論，提出將支護用錨桿長度由2 400 mm增加至2 800 mm，錨索錨固端位于巷道頂板堅硬、穩定基本頂中，可滿足支護需要，為此錨索規格保持不變。

給錨桿、錨索施加合理的預緊力，可控制巷道圍巖早期變形。當預緊力偏小時，會導致巷道圍巖破碎圈范圍增大、早期變形嚴重，巷道出現頂板破碎、下沉，巷幫收斂嚴重問題；當預緊力偏大時，則增加錨桿、錨索安裝耗時，且在張拉期間容易出現錨桿、錨索被拔出問題。結合以往巷道圍巖支護經驗，確定頂板及巷幫錨索預緊力為40 kN，頂板錨索（規格Φ22 mm×6 300 mm）、巷幫錨索（規格Φ18.9 mm×4 300 mm）的預緊力分別為120 kN、100 kN。

2.2 耦合讓均壓支護參數設計

313032 巷頂板圍巖采用讓壓錨桿、讓壓錨索支護（見圖2），具體支護方案為：

圖2 耦合讓均壓支護示意圖（單位：mm）

1）巷道頂板及巷幫均用規格Φ22 mm×2 800 mm讓壓錨桿，布置間排距分別為1 000 mm、1 000 mm，1 100 mm、1 000 mm；頂板及巷幫錨桿分別用15-17TB 讓壓管、12-15TB 讓壓管，讓壓管最大讓壓距離均為35 mm，施加扭矩在250 N·m 以上、預緊力均為40 kN以上。錨桿用規格150 mm×150 mm×10 mm球形托盤護表，頂錨桿用規格5300mm×275mm×5mm的六孔W 鋼帶、巷幫錨桿用規格1 500 mm×275 mm×5 mm 的兩孔W 鋼帶強化護表。

2）頂板及巷幫分別用規格Φ21.8 mm×6 300 mm、Φ18.9 mm×4 300 mm 耦合讓壓錨索，布置間排距分別為1 500 mm、1 000 mm，1 200 mm、1 000 mm；頂錨索及巷幫耦合讓壓錨索分別配合26-30TB 讓壓管、21-25TB 讓壓管支護，讓壓管最大讓壓距為50 mm；頂錨索及巷幫錨索施加預緊力分別為120 kN、100 kN，均用規格300 mm×300 mm×14 mm 球形托盤護表支護。

3）為強化巷道表面支護，頂板用網孔35mm×35mm、規格為6 000 mm×1 100 mm 的金屬網，巷幫采用網孔50 mm×50 mm、規格2 700 mm×1 100 mm 的復合金屬網護表。

3 巷道控制效果分析

在313032 巷使用耦合讓壓技術支護后，在313032 巷內間隔200 m 布置一個測站，對巷道圍巖變形進行持續監測，具體獲取到313032 巷圍巖變形情況如圖3 所示。從圖3 巷道圍巖變形監測結果看出，采用耦合讓壓技術支護后，313032 巷圍巖變形呈現前期快速增加、后期逐漸穩定趨勢；支護完成17 d后圍巖變形基本穩定，其中頂底板、巷幫收斂量分別為57 mm、39 mm。

圖3 掘進后巷道圍巖變形曲線

31301 采面回采完成60 d 后，在采動壓力影響下313032 巷圍巖變形量有所增加，其中頂底板及巷幫最大變形量分別為260 mm、198 mm，圍巖變形量在允許范圍內，可滿足后續31303 采面煤炭開采需要。具體31301 采面回采完成后313032 巷圍巖現場情況如圖4 所示。

圖4 巷道現場

4 結語

313032 巷受到31301 以及31303 采面采動壓力影響，巷道圍巖在動壓作用下出現裂隙發育、變形量大等問題，給巷道后續使用帶來一定影響。依據313032 巷現場情況，提出采用耦合讓均壓技術控制圍巖變形，具體通過增加頂板錨桿長度、增大錨桿及錨索預緊力、在錨桿及錨索上使用讓壓管，并根據現場情況對支護方案進行設計。現場應用后，313032 巷在動壓影響下圍巖變形量大問題得以有效解決，在31301 采面回采完畢后頂底板及巷幫最大變形量分別為260 mm、198 mm，圍巖變形量較小，可滿足31303 采面后續使用需要。