梁欣欣

（霍州煤電集團(tuán)呂臨能化有限公司龐龐塔煤礦，山西 臨縣 033200）

龐龐塔煤礦面臨著工作面接替緊張問題，出現(xiàn)上個區(qū)段工作面還未開始開采，下區(qū)段工作面的區(qū)段平巷就已經(jīng)掘進(jìn)完成的情況，會造成下區(qū)段平巷受到上區(qū)段工作面開采而產(chǎn)生的采動影響，進(jìn)而產(chǎn)生強(qiáng)烈的礦壓顯現(xiàn)，增加了下區(qū)段平巷的圍巖控制難度。因此，需要研究厚煤層采動影響巷道的礦壓顯現(xiàn)規(guī)律及圍巖控制技術(shù)，為類似厚煤層綜放開采回采巷道布置以及支護(hù)設(shè)計提供依據(jù)。

1 概況

龐龐塔煤礦現(xiàn)階段通過在相鄰工作面間留設(shè)區(qū)段煤柱的方法維護(hù)回采巷道，巷道與相鄰工作面區(qū)段運輸巷間區(qū)段煤柱寬度為30 m，區(qū)段回風(fēng)平巷滯后相鄰區(qū)段運輸平巷掘進(jìn)。9-3012 區(qū)段回風(fēng)平巷將受到工作面回采時所產(chǎn)生的采動影響，當(dāng)本工作面回采時，巷道會受到本工作面回采的二次采動影響。

通過煤巖樣物理力學(xué)試驗獲取其物理力學(xué)參數(shù)，見表1。

表1 煤巖體物理力學(xué)參數(shù)

9-3012 區(qū)段回風(fēng)平巷所采煤巖樣物理力學(xué)性質(zhì)分析：煤層的單軸抗壓強(qiáng)度為遠(yuǎn)小于頂?shù)装蹇箟簭?qiáng)度，整體強(qiáng)度較低，煤體裂隙發(fā)育且含有夾矸；煤層頂板主要為粗砂巖，強(qiáng)度大且較為堅硬，在試驗過程中完整性好，煤層頂板的巖性較為穩(wěn)定；煤層底板主要為炭質(zhì)泥巖，巖體易破碎，結(jié)合現(xiàn)場實踐，表明巷道底板承載能力較低，易出現(xiàn)底鼓。

2 采動影響巷道的變形破壞原因

2.1 采動影響巷道的變形破壞

采動影響巷道在相鄰工作面回采期間通常會出現(xiàn)以下變形破壞特征：（1）頂板中部出現(xiàn)裂縫破斷和開裂，導(dǎo)致W 鋼帶在中部斷裂，并出現(xiàn)“V”型擠壓破壞，頂板部分煤體破碎，金屬網(wǎng)出現(xiàn)明顯網(wǎng)兜，且部分區(qū)域金屬網(wǎng)出現(xiàn)撕裂現(xiàn)象；（2）兩幫整體發(fā)生不規(guī)則變形，幫部鋼筋梯子梁出現(xiàn)明顯扭曲變形，并有斷裂情況，部分錨桿失效；（3）巷道底板鼓起高度達(dá)400～500 mm，開裂現(xiàn)象明顯，底板破壞情況嚴(yán)重。如圖1 為頂板發(fā)生擠壓破壞。

圖1 “V”型擠壓破壞

2.2 采動影響巷道的變形破壞原因分析

通過分析采動影響巷道圍巖應(yīng)力分布及覆巖結(jié)構(gòu)，得到采動影響巷道圍巖有以下變形破壞原因：（1）巷道開挖后，煤巖體應(yīng)力重新分布，形成新的應(yīng)力平衡狀態(tài)，巷道局部產(chǎn)生應(yīng)力集中。（2）受相鄰工作面的采動影響，巷道煤巖體的應(yīng)力狀態(tài)再次被破壞，應(yīng)力集中系數(shù)再次增大，煤巖體中產(chǎn)生大量次生裂隙。（3）由于巷道煤巖體內(nèi)部節(jié)理裂隙發(fā)育，在應(yīng)力狀態(tài)變化過程中發(fā)生錯動、滑移及剪切變形，在高應(yīng)力作用下，巷道的表面將破壞。（4）煤層的厚度大，煤體無法承載采動引起的較大變形量，導(dǎo)致巷道表面發(fā)生破壞。隨著煤巖體的應(yīng)力集中區(qū)域不斷向圍巖深部轉(zhuǎn)移，煤體破壞向深部深入。當(dāng)巷道破壞區(qū)域超出支護(hù)作用范圍時，巷道將在一定范圍內(nèi)再次破壞。（5）在采動影響下，巷道的變形破壞有面積大、時間久及持續(xù)深入等特點。（6）采動影響是個持續(xù)動態(tài)的過程，變形的程度顯著于未受采動影響的巷道；同時，由于巷道兩幫垂直應(yīng)力的轉(zhuǎn)移，對底板形成的擠壓效果容易造成底鼓破壞，巷道頂板及兩幫的初次支護(hù)體的質(zhì)量也會降低，二次支護(hù)（加強(qiáng)支護(hù)）變得更為困難。

總之，厚煤層回采巷道在采動影響下的失穩(wěn)變形是巷道周圍煤巖體的高應(yīng)力集中造成的，變形能的釋放及巷道圍巖應(yīng)力分布的改變是巷道變形破壞的重要因素。

3 厚煤層采動影響巷道圍巖控制技術(shù)

3.1 原支護(hù)方案具體支護(hù)形式

回風(fēng)平巷原支護(hù)方案采用“錨索（角錨索）+鋼帶+鋼筋梯+金屬網(wǎng)”的支護(hù)形式。（1）頂板支護(hù)采用Φ22 mm×2400 mm 左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，間排距為800 mm×900mm，樹脂錨固劑錨固，錨固長度為1200 mm；托盤均為130 mm×130 mm×10 mm 碟型托盤，網(wǎng)片均采用8#菱形網(wǎng)。（2）頂板中部錨索單排布置，且與錨桿布置在同一排，位于W 鋼帶的中部位置，排距為900 mm，采用Φ21.8 mm×10 300 mm 預(yù)應(yīng)力鋼絞線；錨索托盤均采用250mm×250mm×16mm 蝶形托盤，頂板鋼帶均采用W 鋼帶。（3）幫部支護(hù)均采用Φ22 mm×2400 mm 左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，排距均為1000 mm×900 mm，網(wǎng)片均采用8#菱形網(wǎng)，幫部鋼筋梯采用Φ12 mm 圓鋼加工，長度為3450 mm。原支護(hù)方案如圖2。

圖2 原支護(hù)方案

3.2 原支護(hù)存在的問題及解決方案

（1）支護(hù)密度不足以有效地控制采動影響巷道圍巖變形。（2）僅用W 鋼帶進(jìn)行連接錨桿和單體錨索，W 鋼帶間的金屬網(wǎng)并不能有效承載破碎煤體。（3）矩形巷道肩角位置剪應(yīng)力集中明顯，應(yīng)該沿巷道掘進(jìn)方向在角錨索位置布置鋼梁，角錨索位置距肩角部位距離為150 mm，距離過大。

解決方案：①應(yīng)當(dāng)加大初次支護(hù)密度，尤其是錨索支護(hù)密度，將W 鋼帶中部單體錨索替換為錨桿，增加錨索數(shù)量并單獨成排。②將單獨成排的錨索用工字鋼連接成一個整體，可配合連接錨桿的W 鋼帶增加巷道頂板的整體護(hù)表面積。③將角錨索布置在巷道肩角位置，同時在錨索上沿掘進(jìn)方向增加工字鋼梁以達(dá)到更好地維護(hù)巷道煤體易破碎的肩角位置的目的。④在保障安全的前提下不斷對支護(hù)方案進(jìn)行優(yōu)化，使安全經(jīng)濟(jì)相協(xié)調(diào)。

4 工程實踐

4.1 采動影響巷道控制方案

9-3012 回風(fēng)平巷采用“錨索+角錨索+鋼帶+菱形網(wǎng)+鋼梁+鋼筋梯+組合錨索”支護(hù)形式，支護(hù)方案：頂板錨桿采用7 根Φ22 mm×2600 mm 的左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，間排距800 mm×900 mm，近兩幫處錨桿向外側(cè)傾斜15°，其余錨桿垂直頂板布置，錨桿為樹脂錨固，用W 鋼帶連接，采用8#菱形金屬網(wǎng)。中間位置的單體錨索選用Φ21.8 mm×10 300 mm 預(yù)應(yīng)力鋼絞線，排距1800 mm；兩側(cè)單體錨索選用Φ21.8 mm×8300 mm 預(yù)應(yīng)力鋼絞線，間排距2100 mm×1800 mm，錨索采用11#礦用工字鋼進(jìn)行連接；角錨索選用Φ21.8 mm×4500 mm 預(yù)應(yīng)力鋼絞線，間排距5000 mm×1800 mm，錨索向巷道外側(cè)傾斜20°。組合錨索由1 根Φ21.8 mm×10 300 mm 和4 根Φ21.8 mm×8300 mm的預(yù)應(yīng)力鋼絞線組成，組合錨索間排距為2000 mm×3600 mm。幫部錨桿采用Φ22 mm×2600 mm左旋無縱筋螺紋錨桿，間排距1000 mm×900 mm，上部錨桿距頂板300 mm，底部錨桿距底板600 mm，每排4 根錨桿?？宽敯逄庡^桿向上傾斜20°布置，靠底板錨桿向下傾斜20°布置，其余垂直兩幫布置。鋼筋梯子梁采用Φ12 mm 圓鋼焊制的鋼筋梁，長度3450 mm。優(yōu)化后支護(hù)方案如圖3。

圖3 優(yōu)化后支護(hù)方案

4.2 現(xiàn)場監(jiān)測

為了更好地評價優(yōu)化后支護(hù)方案的支護(hù)效果，對巷道圍巖變形量進(jìn)行現(xiàn)場實測，巷道圍巖變形監(jiān)測曲線如圖4。從圖中可看出，在新的支護(hù)方案下巷道兩幫變形量最終穩(wěn)定在226 mm，頂?shù)装遄冃瘟孔罱K穩(wěn)定在326 mm，優(yōu)化支護(hù)方案能有效控制回風(fēng)平巷在受采動影響條件下的圍巖變形，滿足礦井安全生產(chǎn)的需求。

圖4 巷道圍巖變形監(jiān)測曲線

5 結(jié)論

（1）厚煤層回采巷道在采動影響下的失穩(wěn)變形是由于巷道周圍煤巖體的高應(yīng)力集中作用下產(chǎn)生的，煤巖體的變形能釋放及巷道周圍應(yīng)力分布變化是巷道變形破壞的主要因素。

（2）優(yōu)化支護(hù)方案（“錨索+鋼帶+菱形網(wǎng)+鋼梁+鋼筋梯+組合錨索”聯(lián)合支護(hù)）使巷道圍巖變形得到有效控制，頂板和兩幫變形最終均趨于穩(wěn)定，巷道圍巖控制效果顯著。