钱营孜煤矿沿空掘巷围岩控制技术研究＊

刘明杰 瞿群迪 孙玉亮 张有乾

（1.中煤集团山西华昱能源有限公司，山西省朔州市，036900；2.中国矿业大学矿业工程学院，江苏省徐州市，221008）

钱营孜煤矿沿空掘巷围岩控制技术研究＊

刘明杰1瞿群迪2孙玉亮2张有乾2

（1.中煤集团山西华昱能源有限公司，山西省朔州市，036900；2.中国矿业大学矿业工程学院，江苏省徐州市，221008）

钱营孜煤矿W3214工作面运输平巷为沿W3212工作面采空区掘进的沿空巷道，为了控制沿空巷道围岩的剧烈变形，研究了围岩控制技术。根据沿空掘巷围岩控制原理，并针对W3214工作面运输平巷具体的工程地质条件，提出高强度高预紧力锚网索支护技术方案。现场实践表明高强度高预紧力锚网索支护体系能有效控制沿空掘巷围岩的稳定性。

巷道支护 沿空掘巷 围岩结构 围岩控制 锚网索支护

1 工程概况

W3214工作面位于钱营孜煤矿西一采区北翼一阶段，东与W3212首采工作面相邻，W3212工作面已全部采空。W3214工作面运输平巷为沿空掘巷，留窄煤柱宽度为4.8 m，巷道长约2036 m，标高在-610～-570 m。工作面内32煤层平均倾角15°，面内煤层平均厚度3.34 m，煤厚变异系数23%，煤厚变化较大，煤层在工作面北部较厚，南部较薄，工作面内断层构造发育，尤其在工作面中部极为发育。

32煤层顶板为厚层泥岩，最厚达7 m，局部老顶为富含水砂岩，裂隙发育，且W3214工作面运输平巷沿空掘巷是在上区段回采结束后顶板未完全稳定的情况下进行掘进的，因上工作面回采后造成上覆岩层大结构的给定变形及采动影响，巷道围岩的变形破坏程度较普通巷道更为严重，这对该沿空掘巷围岩稳定性控制设计提出了很大的挑战，且该沿空掘巷为钱营孜煤矿首条沿空掘进巷道，没有可借鉴的工程经验。

2 沿空掘巷围岩稳定控制原理

沿空掘巷是一类特殊的巷道，其围岩较破碎，且围岩具有大变形的特点，因此采用围岩大小结构理论为依据对其围岩稳定进行控制。

（1）上覆岩体大结构的稳定性是一个与上区段工作面回采、掘巷及本区段工作面回采时载荷从稳定→不稳定→稳定→不稳定的动态响应过程。沿空掘巷与上覆岩体大结构之间的关系如图1所示。研究表明在本工作面回采时，沿空掘巷上覆岩体的大结构会产生一定程度的回转下沉，巷道围岩变形较大，但不会发生失稳现象。因此，要保持沿空掘巷围岩的稳定性，不仅要使巷道适应上覆岩体大结构的下沉，还应加强巷道支护措施，进而保证沿空掘巷在本工作面回采时的正常使用。

（2）沿空掘巷围岩小结构是指锚杆支护组合与巷道围岩组成的整体承载结构，通过承载结构的承载性能，最大限度发挥深部围岩的自稳承载能力，进而保证沿空掘巷的稳定性。围岩小结构本身就是一个支护承载结构，它与锚杆支护参数及支护对象有密切的关系，其力学特征相对较复杂，且具有非均衡现象。因此，保持围岩小结构的稳定是保证沿空掘巷围岩稳定的根本，而围岩小结构稳定的关键在于巷道合理的锚杆支护技术。

图1 沿空掘巷与上覆岩体结构关系图

3 沿空掘巷围岩控制技术体系

根据上述研究分析，并结合W3214沿空掘巷的工程地质条件，提出以下保持巷道围岩结构稳定的高强度高预应力锚杆锚索支护体系。

（1）高性能的锚杆支护技术体系。高性能的成套锚杆材料包括高性能的杆体、高强度托板、与锚杆配套的一体化安装扭矩螺母、减摩垫片等。该套锚杆可以实现连续一体化安装且锚固性能高，强度大，易实现较大的预紧力；配套的金属网、钢筋网、不同形式的钢带 （W型、M型、T型等）等能够有效控制沿空巷道围岩的稳定性。

（2）小孔径预应力短锚索支护技术。为弥补锚杆支护强度在特殊条件下的不足，拟在W3214运输平巷支护中以小孔径预应力短锚索支护作为主要的加强支护方式之一。包括设计合理的锚索长度、锚固长度、张拉力等内容。

（3）窄煤柱帮加强支护。掘巷后为控制窄煤柱初期大变形的特点，提高窄煤柱整体强度，保证窄煤柱的整体稳定性，考虑减小窄煤柱锚杆间距，加强窄煤柱帮支护强度，窄煤柱较破碎时采取注浆加固技术。

（4）巷道围岩的安全监测技术。包括巷道表面位移的监测、巷道深部围岩位移监测、顶板离层的监测、锚杆工作阻力的监测、锚杆拉拔力的检测等内容。

4 沿空掘巷围岩控制方案

4.1 支护参数设计

W3214运输平巷断面为梯形，巷道尺寸4800 mm×3000 mm （宽×高）。巷道支护技术方案如图2所示。

（1）顶板支护。巷道顶板每排布置7根ø22 mm×2400 mm的左旋无纵筋螺纹钢锚杆，外露长度100 mm。锚杆紧跟掘进头及时支护，锚杆从巷道中心开始向两帮均匀布置，靠帮的两根锚杆距巷帮均为100 mm，并与顶板垂直方向成15°夹角，其他锚杆均垂直于顶板布置。锚杆配套5.6 m长的KTM型钢带，厚4 mm，两帮肩角各出露400 mm，与帮部钢带搭接布置，配套菱形金属网护表；每根锚杆配套2卷Z2360型中速树脂药卷加长锚固；锚杆间排距800 mm×800 mm，锚杆托盘规格为150 mm×150 mm×12 mm （长×宽×厚）的碟形托盘，锚杆预紧扭矩应达到400 N·m以上。

顶板加强支护为锚索，采用3-2-3布置，一排3根 （间距1.2 m）与一排2根 （间距1.6 m）分别对称巷中布置，交替施工，排距800 mm，锚索规格为ø17.8 mm×6800 mm。每排3根锚索时采用2.7 m长14＃槽钢连接，每排2根锚索时采用1.9 m长14＃槽钢连接，每根锚索配套规格为150 mm×100 mm×12 mm （长×宽×厚）的平钢板，每孔采用3卷Z2360中速树脂药卷锚固，锚索紧跟掘进头施工安装。锚索垂直顶板布置，钢绞线外露长度为300 mm，锚索张拉力约10 t。

图2 巷道断面支护方案图

（2）窄煤柱帮支护。窄煤柱帮布置4根ø22 mm×2400 mm的左旋无纵筋螺纹钢锚杆。锚杆从上向下均匀布置，锚杆间排距为700 mm×800 mm，上、下两根锚杆分别距顶板、底板250 mm，并与煤帮垂直方向成15°夹角，配套菱形金属网护表；每根锚杆配套2卷Z2360中速树脂药卷加长锚固，锚杆预紧扭矩应达到400 N·m以上。

（3）实体煤帮支护。实体煤帮布置5根ø20 mm×2000 mm的右旋全螺纹钢等强锚杆。锚杆间排距为800 mm×800 mm，上、下两根锚杆分别距顶板、底板100 mm，并与煤帮垂直方向成15°夹角，配套菱形金属网护表；每根锚杆配套1卷Z2360型中速树脂药卷锚固，锚杆预紧扭矩应达到400 N·m以上。

（4）地质条件复杂段的支护。在施工过程中根据地质条件的变化及巷道矿压显现特点及时调整支护方式，可以考虑选择以下4种方式对地质复杂地段进行加强支护：增大锚杆直径长度，减小锚杆间排距，修改锚梁网索支护参数；修改锚梁网索支护参数，配合支设点柱；当遇到地质构造破碎区域、过断层、应力集中区等特殊地段可以考虑架棚支护；以上支护方式仍有困难时，考虑架棚与支设点柱配合加强支护。

（5）支护方案的变更。在方案施工过程中，对巷道围岩变化进行及时观测，包括变形量、变形速度、围岩内部破裂发展规律等，以此判断是否采取进一步的加强支护措施，修改支护方案设计。

4.2 矿压监测与结果分析

为了验证设计的支护方案是否合理，需对巷道的围岩稳定性进行监测。在W3214运输平巷内距离掘进头4 m、25 m处分别布置1＃和2＃表面位移测站，累计观测17 d，观测结果表明W3214运输平巷围岩整体变形不大，处于可控状态，巷道掘后半个月两帮累计移近约150 mm，顶底板累计移近约140 mm。巷道掘后10 d内移近速度平均约为10 mm／d，之后趋于稳定，巷道变形量小，围岩整体稳定性好。

5 结论

高强度高预紧力锚网索支护技术方案应用于钱营孜煤矿W3214工作面运输平巷沿空掘巷的围岩控制实践中，现场工业性试验表明，该巷道围岩变形量控制在允许的范围内，保证了正常的通风及运输的要求，围岩支护效果良好，为矿井安全高效生产创造了良好条件，也为钱营孜煤矿今后类似的沿空掘巷支护提供了可借鉴的工程经验。

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Study on technology of surrounding rock control in gob-side entry driving in Qianyingzi Coal Mine

Liu Mingjie1，Qu Qundi2，Sun Yuliang2，Zhang Youqian2
（1.China National Coal Group Shanxi Huayu Energy Co.，Ltd.，Shuozhou，Shanxi 036900，China；2.School of Mines，China University of Mining ＆Technology，Xuzhou，Jiangsu 221008，China）

The haulage roadway of W3214 working face in Qianyingzi Coal Mine is a roadway driving along the gob of W3212 working face.In order to control the surrounding rock severe deformation，the surrounding rock controlling technology is studied.According to the theory of controlling surrounding rock in roadway driving along gob and in view of the specific engineering geological conditions of the haulage roadway at W3214 working face，this paper puts forwards the technology scheme of high-strength and high-prestress bolt-mesh-cable support.Field practice shows that this support system can effectively control the stability of surrounding rock in roadway driving along gob.

roadway support，roadway driving along gob，surrounding rock structure，surrounding rock control，bolt-mesh-cable support

TD353

A

中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室自主研究课题资助项目 （SKLCRSM12X01），国家自然科学基金项目资助 （50974118）

刘明杰 （1971- ），男，江苏徐州人，1994年毕业于中国矿业大学采矿工程系，高级工程师，现任山西金海洋能源有限公司安监局局长。

（责任编辑 张毅玲）