潘 欣

（山西新元煤炭有限責(zé)任公司，山西 壽陽(yáng) 045400）

1 工程概況

山西陽(yáng)煤集團(tuán)新元煤礦9105 工作面位于井田北翼，工作面開采9#煤層，煤層均厚3.40 m，平均傾角2°。煤層內(nèi)節(jié)理裂隙發(fā)育，其普氏硬度系數(shù)在1.5 以下。根據(jù)上述特征可知9#煤層屬松軟煤層，煤層頂?shù)装鍘r層特征見圖1。

圖1 煤層頂?shù)装鍘r層柱狀圖

9105 工作面進(jìn)風(fēng)巷沿煤層頂板掘進(jìn)，但由于進(jìn)風(fēng)巷區(qū)域直接頂出現(xiàn)變薄及尖滅的現(xiàn)象，故巷道在實(shí)際掘進(jìn)期間沿8#煤層底板作業(yè)，掘進(jìn)斷面為寬×高=5.2 m×5.5 m，屬于大斷面回采巷道，巷道兩幫為松軟煤層。

2 圍巖變形機(jī)理及支護(hù)原則

2.1 圍巖變形機(jī)理

根據(jù)眾多工程實(shí)踐表明，巷道圍巖的變形破壞主要受掘進(jìn)期間的加卸載作用及工作面的回采動(dòng)壓影響，基于巷道圍巖所受的荷載變形規(guī)律可知:淺部圍巖體在掘進(jìn)和采動(dòng)的加載和卸載作用下呈現(xiàn)出松軟破碎且裂隙發(fā)育特性，而巷道深部圍巖體由于掘進(jìn)和回采的加卸載作用對(duì)其作用效果較弱，故而其能夠保持一定的完整性[1]，具體深、淺部圍巖體分區(qū)及變形特征見圖2。

圖2 巷道圍巖分區(qū)變形特征

巷道掘進(jìn)期間，巷道圍巖體在開挖超前應(yīng)力的作用下，圍巖體會(huì)經(jīng)歷開挖導(dǎo)致的強(qiáng)卸載作用。工作面回采期間，巷道會(huì)進(jìn)一步經(jīng)歷回采動(dòng)壓擾動(dòng)下的多次加載和卸載作用。針對(duì)淺部圍巖體，其在重復(fù)多次的加載和卸載作用下，圍巖體表現(xiàn)為出現(xiàn)一定程度的體積變形。在卸載期間，圍巖體會(huì)沿著卸載方向出現(xiàn)一定程度的膨脹變形，并且圍巖體的體積膨脹會(huì)隨著卸載強(qiáng)度的增大而逐漸增大；此時(shí)巖體內(nèi)部的節(jié)理裂隙在膨脹作用下進(jìn)一步發(fā)育，當(dāng)圍巖體體積膨脹到一定程度后，巖體便會(huì)出現(xiàn)脆性破壞，進(jìn)而導(dǎo)致淺部圍巖體表現(xiàn)為節(jié)理裂隙發(fā)育且松軟破碎的特征。針對(duì)深部圍巖體，由于采掘動(dòng)壓對(duì)其擾動(dòng)較小，故而其在沿卸荷方向上的體積膨脹率較小，而且采掘動(dòng)壓對(duì)深部圍巖體的影響可簡(jiǎn)化為多次軸向加載，巖體在軸向應(yīng)力的作用下的變形以延性變形為主[2]。

2.2 支護(hù)原則

根據(jù)9105 工作面進(jìn)風(fēng)順槽松軟煤層大斷面圍巖變形特點(diǎn)，確定采用高預(yù)應(yīng)力強(qiáng)力一次支護(hù)理論進(jìn)行巷內(nèi)錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)，其支護(hù)原則是：

（1）保持圍巖完整性，使圍巖-支護(hù)協(xié)同作用，共同支護(hù)圍巖，抵抗圍巖受動(dòng)壓影響引起的大變形。圍巖控制的關(guān)鍵在于最大程度的保障圍巖體的完整性，這需要主動(dòng)支護(hù)提供充足的強(qiáng)度，以抵抗圍巖體的應(yīng)力作用。

（2）增加圍巖護(hù)表面積，提高松軟煤層穩(wěn)定性。由于9105 進(jìn)風(fēng)順槽圍巖的自身特性表現(xiàn)為節(jié)理裂隙發(fā)育、完整性差，在采動(dòng)應(yīng)力作用下易出現(xiàn)片幫、剝皮的現(xiàn)象，基于此確定巷道表面采用護(hù)表面積大的W型鋼護(hù)板配合金屬網(wǎng)的形式以提升巷道表面的護(hù)表力。

（3）分部分區(qū)強(qiáng)化圍巖，使深、淺部圍巖共同作用。由于9105 進(jìn)風(fēng)順槽淺部圍巖體與深部圍巖體之間物理力學(xué)性質(zhì)差異較大，在進(jìn)行巷道支護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)針對(duì)圍巖具體情況進(jìn)行分部、分區(qū)的支護(hù)，設(shè)計(jì)淺部圍巖體采用高預(yù)應(yīng)力錨桿（索）支護(hù)技術(shù)[3-4]。

（4）主動(dòng)支護(hù)應(yīng)具有充足的強(qiáng)度和較高的延伸率。由于大斷面巷道在采動(dòng)影響下圍巖會(huì)表現(xiàn)為變形量大且變形劇烈的特征，為控制變形量，需提升主動(dòng)支護(hù)的強(qiáng)度，以增強(qiáng)圍巖體的承載能力。另外主動(dòng)支護(hù)還需具有較高的延伸率，以適應(yīng)采動(dòng)影響下圍巖體的變形，確保支護(hù)效果。

（5）及時(shí)支護(hù)圍巖，避免圍巖早期產(chǎn)生過(guò)度有害變形。巷道掘進(jìn)期間，在超前支承壓力的作用下圍巖體已經(jīng)發(fā)生了一定程度的變形，在巷道開挖之后及時(shí)進(jìn)行支護(hù)，避免有害變形的早期過(guò)度發(fā)生[5-6]。

3 支護(hù)方案及效果

3.1 支護(hù)方案

基于上述巷道圍巖變形機(jī)理及大斷面巷道圍巖支護(hù)原則，采用高預(yù)應(yīng)力強(qiáng)力錨桿支護(hù)方案，具體支護(hù)參數(shù)見表1，其中：

表1 9105 工作面進(jìn)風(fēng)順槽參數(shù)

巷道頂板錨桿和錨索均垂直于頂板巖層打設(shè)，其中頂板錨桿采用樹脂加長(zhǎng)錨固，錨固長(zhǎng)度為1 017 mm，托盤采用高強(qiáng)度拱形托盤，錨桿預(yù)緊扭矩大于400 N·m；頂板錨索采用2-2 布置，錨固方式為樹脂加長(zhǎng)錨固，錨固長(zhǎng)度1 460 mm，預(yù)緊力：≥250 kN，托板采用高強(qiáng)度可調(diào)心托板，另外錨桿索之間采用規(guī)格為300 mm×460 mm×4 mm W鋼護(hù)板配合金屬網(wǎng)進(jìn)行護(hù)表，網(wǎng)片為網(wǎng)格50 mm×50 mm的10#鐵絲編織。

巷道兩幫錨桿型號(hào)、材質(zhì)、間排距、錨固方式、錨固長(zhǎng)度、托盤等均同頂板錨桿，錨桿垂直于巷幫打設(shè)，錨桿預(yù)緊扭矩大于300 N·m；兩幫錨索采用2-1 布置，當(dāng)巷道斷面內(nèi)布置兩根錨索時(shí)，錨索間距2 250 mm，上部與下部錨索分別距頂板和底板的距離為500 mm和750 mm，當(dāng)斷面內(nèi)布置一根錨索時(shí)，其距頂板的距離為1 800 mm，巷幫錨索預(yù)緊力≥150 kN，護(hù)表支護(hù)方式同頂板。

序號(hào) 名稱 型號(hào) 每排數(shù) 備注10 樹脂錨固劑 MSZ23120 7.5 —11 金屬網(wǎng) 5 400 mm×1 000 mm 1 10#鉛絲編織，網(wǎng)格50 mm×50 mm 12 金屬網(wǎng) 5 500 mm×1 000 mm 2 10#鉛絲編織，網(wǎng)格50 mm×50 mm

具體支護(hù)方式見圖3。

圖3 巷道支護(hù)方式

3.2 效果分析

為驗(yàn)證9105 工作面進(jìn)風(fēng)順槽的支護(hù)效果，進(jìn)風(fēng)順槽掘進(jìn)期間，在巷道掘進(jìn)頭處設(shè)置表面位移監(jiān)測(cè)站，持續(xù)監(jiān)測(cè)至監(jiān)測(cè)斷面滯后掘進(jìn)迎頭100 m 的位置；9105 工作面回采期間，在超前工作面120 m的位置處布置表面位移監(jiān)測(cè)站，基于監(jiān)測(cè)結(jié)果得出圍巖變形曲線見圖4。

圖4 巷道圍巖變形曲線

分析圖4（a）可知，巷道掘進(jìn)期間，圍巖變形量隨著測(cè)點(diǎn)與掘進(jìn)迎頭之間距離的增大而逐漸增大，當(dāng)監(jiān)測(cè)斷面滯后掘進(jìn)迎頭50 m后，此時(shí)巷道變形趨于穩(wěn)定；巷道變形以兩幫變形為主，頂?shù)装遄冃屋^小，這與兩幫較為軟弱有關(guān)?？傮w來(lái)看，掘進(jìn)期間巷道變形量較小。分析圖4（b）可知，工作面回采期間巷道頂?shù)装寮皟蓭妥畲笠平糠謩e為100 mm和160 mm，圍巖變形量較小。

4 結(jié)語(yǔ)

依據(jù)巷道圍巖變形機(jī)理，基于巷道圍巖支護(hù)原則，結(jié)合9105 進(jìn)風(fēng)順槽地質(zhì)條件、巷道特征確定巷道采用高預(yù)應(yīng)力強(qiáng)力一次支護(hù)方式。支護(hù)方案實(shí)施后進(jìn)行圍巖變形監(jiān)測(cè)，分析9105 進(jìn)風(fēng)順槽圍巖變形監(jiān)測(cè)結(jié)果可知：支護(hù)方案實(shí)施后，巷道掘進(jìn)及工作面回采期間，圍巖變形量均較小，保障了巷道圍巖穩(wěn)定，滿足回采使用要求。