＊武 權(quán)

（山西寧武榆樹坡煤業(yè)有限責(zé)任公司 山西 036000）

引言

深部回采巷道支護(hù)是當(dāng)前巷道支護(hù)的難點(diǎn)問題之一，在掘進(jìn)巷道和服務(wù)期間，回采巷道容易出現(xiàn)大變形問題，巷道穩(wěn)定性受到的地質(zhì)條件等外在影響較多，若支護(hù)設(shè)計(jì)不夠科學(xué)合理，將進(jìn)一步影響到巷道圍巖穩(wěn)定性，特別是圍巖強(qiáng)度若偏低，巷道實(shí)現(xiàn)自我穩(wěn)定的難度較高，在采動(dòng)影響、地應(yīng)力等因素的影響下，容易出現(xiàn)較強(qiáng)的礦壓顯現(xiàn)，嚴(yán)重影響到礦井正常生產(chǎn)。因此，對榆樹坡煤礦2202工作面回采巷道支護(hù)存在的問題及返修控制措施進(jìn)行分析，對保證工作面支護(hù)穩(wěn)定性和有效性有著較為重要的意義。

1.工程概況

榆樹坡煤礦2202綜采工作面位于2#煤二采區(qū)。工作面標(biāo)高為1104～1150m，埋藏深度為320～416m，煤層平均厚度4.45m。工作面傾斜長度202m，可采走向長度672m，可采總面積135744m2，地質(zhì)儲(chǔ)量887969t，可采儲(chǔ)量825811t。直接頂為泥巖，平均厚度0.6m；老頂為細(xì)砂巖，平均厚度8.40m；直接底為砂質(zhì)泥巖，平均厚度2.81m，老底為粗沙巖，平均厚度6.279m。從現(xiàn)場勘察情況來看，巷道整體所處地質(zhì)條件較為復(fù)雜，含水量相對較大，裂隙發(fā)育較多，整體結(jié)構(gòu)性較差，承載能力不足。回采巷道設(shè)計(jì)采用錨網(wǎng)梁支護(hù)方式，錨桿支護(hù)參數(shù)為直徑20mm，長度2.2m，間距和排距均為0.8m。錨索支護(hù)參數(shù)為直徑17.8mm，長度7m，間距為2.4m，排距為0.8m。從巷道掘進(jìn)情況來看，整體出現(xiàn)了較大的變形破壞，特別是頂板整體呈現(xiàn)出松散破碎狀態(tài)，穩(wěn)定性控制難度較大。

2.回采巷道變形破壞特征

從巷道整體變形破壞的情況來看，巷道圍巖變形主要表現(xiàn)在三個(gè)方面：首先，巷道圍巖整體出現(xiàn)了較大的變形，變形速度相對較快。特別是在開掘的初期，巷道整體明顯收斂，兩幫的收斂量達(dá)到了0.5m，每天的平均移近量接近5cm，頂板和底板的相對移近量超過了0.4m，每天的平均移近量接近4cm，不論是變形速度還是變形量均超過了規(guī)定范圍。其次，巷道頂板整體表現(xiàn)出較大的破壞，平整性不足的問題明顯，很多地段出現(xiàn)了明顯的“網(wǎng)兜”。第三，巷道圍巖穩(wěn)定性不足的情況較為突出，雖然對巷道進(jìn)行了支護(hù)，但是巷道仍舊出現(xiàn)了明顯的變形，這表明巷道穩(wěn)定性控制的難度偏高。

3.圍巖巖性探測及松動(dòng)圈測試

本次通過選擇使用鉆孔探測儀的方式，對巷道圍巖出現(xiàn)的變形破壞的實(shí)際范圍進(jìn)行了研究，對巷道圍巖進(jìn)行了針對性的探測與分析，得到了不同深度的鉆孔窺探圖，見圖1。從圖1可知，在0.8m的范圍內(nèi)，巷道頂板整體出現(xiàn)了較大的變形，其中的裂隙也非常多，整個(gè)圍巖較為破壞，在0.8m到6.3m的范圍和7.5m到9.5m的范圍，巷道圍巖的整體性相對較好。在6.3m與9.5m的位置有煤線。在9.9m到12m的范圍內(nèi)，圍巖整體的完整性相對較好。

圖1 不同深度鉆孔窺探圖

同時(shí)，又設(shè)計(jì)采用圍巖松動(dòng)圈測試儀，對整個(gè)巷道兩幫穩(wěn)定性進(jìn)行了全面的探測，設(shè)計(jì)探測深度5m，測試情況見表1所示。

表1 巷道圍巖松動(dòng)圈測試結(jié)果表（單位：m）

從表1可知，通過本次松動(dòng)圈測試，因?yàn)橄锏拦?jié)理裂隙發(fā)育較多，特別是原支護(hù)設(shè)計(jì)和圍巖表現(xiàn)出不耦合，導(dǎo)致圍巖出現(xiàn)了較大的松動(dòng)圈。在與掘進(jìn)頭相距離40m的圍巖，表現(xiàn)出的松動(dòng)圈范圍與80m的圍巖相比，整體非常小，巷道圍巖表現(xiàn)出較強(qiáng)的流變性，特別是下部的范圍相對于上部范圍要小，導(dǎo)致這種情況出現(xiàn)的原因主要是因?yàn)樵谙锏赖纳喜坑兴畬佑绊懀瑖鷰r在水層的影響下出現(xiàn)了崩解，承載能力下降明顯，變形的速度隨之增加。

4.巷道圍巖變形破壞機(jī)理

從巷道出現(xiàn)的非線性大變形來看，導(dǎo)致變形出現(xiàn)的因素相對較多，整體結(jié)果是多種類型因素綜合作用的效果。變形破壞的主要機(jī)理體現(xiàn)在4個(gè)方面：

首先，巷道圍巖中包含的裂隙較多，圍巖承載極限偏低，特別是多數(shù)地段圍巖質(zhì)地偏軟，整體的承載性能較差。巷道開挖后，巷道圍巖壓力集中性明顯，圍巖中的裂隙范圍發(fā)展也較多，圍巖強(qiáng)度相對于先前也更大，整體的變形量也更為明顯。

其次，地質(zhì)構(gòu)造產(chǎn)生的負(fù)面影響突出，從現(xiàn)場勘察來看，巷道開拓范圍內(nèi)，有多處存在地質(zhì)構(gòu)造，尤其是在巷道的左右兩幫處，出現(xiàn)了顯著的剪應(yīng)力破壞問題，這表明這些位置承受的剪應(yīng)力整體較為突出，而這類巖體自身又有著較為明顯的節(jié)理裂隙發(fā)育，導(dǎo)致巖體出現(xiàn)了更為明顯的膨脹變形。特別是巷道支護(hù)又不夠及時(shí)有效，導(dǎo)致頂板圍巖出現(xiàn)了明顯的局部冒落，這也是現(xiàn)場出現(xiàn)較多“網(wǎng)兜”的主要因素之一。

第三，巷道受到地下水的影響較大，特別是在開采擾動(dòng)下，裂隙發(fā)育范圍更大，將含水層導(dǎo)通，在巷道圍巖中出現(xiàn)了淋水，圍巖承載效果下降，圍巖移動(dòng)變形的速度提升。

第四，巷道在支護(hù)時(shí)，整體耦合度相對較低，整體出現(xiàn)了較大的變形問題，這表明原支護(hù)中使用到的錨索、錨桿支護(hù)與圍巖整體沒有形成耦合支護(hù)效果，尤其是巷道出現(xiàn)的剛度支護(hù)不耦合的問題，在巷道圍巖較大變形的情況下，巷道并沒有得到有效支護(hù)，導(dǎo)致有較大的變形問題出現(xiàn)。

5.巷道返修耦合支護(hù)分析

為了最大限度的控制巷道圍巖出現(xiàn)的大變形破壞問題，根據(jù)兩幫松動(dòng)圈測試、頂板巖性探測的結(jié)果，本次在返修時(shí)，重點(diǎn)提升返修方案的耦合性，設(shè)計(jì)采用了“錨桿（錨索）+槽鋼+W鋼帶”的復(fù)合支護(hù)方案。

(1)返修耦合支護(hù)機(jī)理

通過使用錨桿支護(hù)，對巷道淺部圍巖進(jìn)行有效支護(hù)，通過錨索作用，實(shí)現(xiàn)對深部穩(wěn)定圍巖承載能力的有效調(diào)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)支護(hù)強(qiáng)度的有效耦合。其次，選擇使用W鋼帶、鋼筋網(wǎng)及錨索托盤的方式，不但可以提升支護(hù)體剛度，能夠?qū)鷰r中儲(chǔ)存的能量得到有效釋放，降低表面應(yīng)力對巷道圍巖產(chǎn)生的破壞，推動(dòng)實(shí)現(xiàn)剛度耦合。此外，通過W鋼帶將槽鋼與錨索、錨桿等連接起來，推動(dòng)巷道圍巖和支護(hù)體形成一個(gè)完整結(jié)構(gòu)，在巷道圍巖中形成一個(gè)閉合的支護(hù)結(jié)構(gòu)。

(2)支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)

首先，從本次頂板巖性測試來看，頂板在10m以上的位置，整體完整性較好，而根據(jù)原支護(hù)可知，錨索原支護(hù)長度為7m，這表明錨索并沒有打設(shè)到深部穩(wěn)定巖層中。從本次松動(dòng)圈范圍來看，深度平均超過了2.3m，但是原來支護(hù)中選擇的錨桿支護(hù)是2.2m，錨桿支護(hù)的實(shí)際效果不佳，不能有效保證巷道整體穩(wěn)定性。在本次返修時(shí)，為了更好保證圍巖支護(hù)效果，對于錨桿、錨索的支護(hù)長度應(yīng)當(dāng)加長，確保錨索、錨桿均可以深入到深部穩(wěn)定圍巖中。特別是在地質(zhì)條件相對較差的位置，可通過加大錨索支護(hù)密度的方式，更好提升擠壓加固的效果。此外，在本次返修支護(hù)時(shí)，為了提升錨桿和錨索的整體支護(hù)效果，本次增加了讓壓環(huán)，更好提升支護(hù)質(zhì)量。

其次，對于支護(hù)所用的網(wǎng)片，本次優(yōu)化選擇使用強(qiáng)度更高的鋼筋網(wǎng)，更好增強(qiáng)支護(hù)系統(tǒng)的支護(hù)剛度。

第三，對于頂板錨索在支護(hù)時(shí)，選擇使用內(nèi)部為木托盤，外部為鐵托盤的方式，形成復(fù)合托盤，將柔性變形空間預(yù)留出來，對部分變性能有效吸收，可以降低表面出現(xiàn)應(yīng)力集中的問題，更好保證巷道完整性。

第四，在巷道的兩幫和頂板設(shè)計(jì)采用W鋼帶，錨索在支護(hù)時(shí)，增加了槽鋼連接，在支護(hù)體中形成梁支護(hù)結(jié)構(gòu)，增加錨桿、錨索支護(hù)的整體效果，嚴(yán)防出現(xiàn)塑形大變形問題，更好推動(dòng)圍巖和支護(hù)體實(shí)現(xiàn)剛度耦合。

巷道具體支護(hù)參數(shù)見圖2所示。

圖2 巷道返修支護(hù)設(shè)計(jì)圖

(3)巷道返修支護(hù)效果

為了掌握返修支護(hù)方案，是否有效控制了巷道穩(wěn)定性，對巷道在返修之后的穩(wěn)定性情況進(jìn)行了監(jiān)測。巷道頂板和底板移近量和兩幫的相對移近量見圖3所示。

圖3 返修巷道圍巖位移曲線圖

從圖3可看出，在巷道開挖7～10d的范圍內(nèi)，巷道圍巖整體出現(xiàn)了較快的變形，該階段巷道圍巖的變形量占據(jù)到總變形量的60%。在施工的10～20d，巷道圍巖變形量在不斷提升，但是變形的速度相對于先前有了下降，變形量占據(jù)到總變形的25%。最后是趨于穩(wěn)定階段，表明巷道支護(hù)達(dá)到了耦合，整體的變形較小，穩(wěn)定性明顯提升。從圖3可知，巷道圍巖整體的穩(wěn)定性得到了控制，滿足了巷道正常使用的要求。

6.結(jié)束語

綜上分析，深部回采巷道穩(wěn)定性問題是制約巷道穩(wěn)定性的重要因素，從當(dāng)前深部回采巷道圍巖控制來看，傳統(tǒng)的巷道支護(hù)方式在很多方面已經(jīng)不能滿足支護(hù)要求，在具體返修支護(hù)的過程中，需要充分發(fā)揮出圍巖的自承能力，提升支護(hù)體和圍巖之間的耦合性，才能更好保證圍巖穩(wěn)定性。