深部动压巷道围岩变形原因分析及控制技术

蔺苏平

摘 要：文章以保安煤矿15105补进风巷为研究对象，通过现场窥视、理论分析等多种手段分析该巷道围岩变形的原因，并制定了综合的注浆加固方案，结果表明，基于综合注浆加固基础上的围岩控制技术能明显控制深井动压巷道的变形，为矿井后续动压巷道的维护提供了技术依据。

关键词：深部开采 动压巷道 围岩变形 围岩控制

中图分类号：TD322 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）06（b）-0097-02

保安煤业目前回采15#煤，巷道埋深在700～826m，属深部矿井，由于采掘接续紧张，在本工作面回采期间需掘进相邻下一工作面顺槽，形成对穿巷道，该巷道受多次动压影响，对巷道支护提出严峻考验。因保安煤业地质条件复杂、围岩强度与结构偏弱，加之原有支护不尽合理，导致部分巷道在经受一次采动影响后发生严重底鼓、顶板下沉和两帮挤出，巷道无法正常使用，必须进行返修。

1 工程概况

15105补进风顺槽服务于15105回采工作面。15105工作面回采时，15105补进风顺槽作为进风、皮带出煤、运输、行人巷道。巷道南部以15#煤轨道斜巷为界，西部以15105未采面为界，东以15103尾巷界；巷道走向长度为1107m。15105补进风顺槽于15103工作面回采时开始掘进，其余两巷均已掘出，巷道掘进断面为4800×4000mm，巷间煤柱中-中24.8m，净煤柱宽度20m，已掘进600余m，后遭遇15103工作面的回采动压影响，巷道出现严重变形，已经无法使用，经扩巷、补打锚杆锚索等多种措施维修后仍不能控制的变形。工作面布置如图1所示。

2 地质与生产条件调查

2.1 煤层及顶底板情况

煤层：15#煤层为简单结构煤层，煤层厚度3.50～4.50m，平均4.01m，有时含矸3层，上部粉状，下部块状，内外生裂隙发育，以优质无烟煤为主，煤下部为黄铁矿结核及薄膜。上距9#煤平均60.33m，主要由黑色、黑灰色砂质泥岩、灰色、灰白色砂岩组成，构造简单。

老顶：K2石灰岩厚2.6～3.3m，平均3.2m，再往上为砂质泥岩、细砂岩。

直接顶：砂质泥岩厚3.9～5.9m、K2下石灰岩厚1.02～2.1m，平均1.9m。

直接底：砂质泥岩均厚1.15m。

老底：粉砂岩1.8～2.6m。

岩性柱状图如图2所示。

顶板K2石灰岩中含大量腕足类蜓及海百合茎等动物化石，中间夹黑色泥岩、粉砂岩，其裂隙均被方解石充填，石灰岩抗压强度47.2～52.8 MPa，平均49.3MPa；抗拉强度1.18～1.47MPa，平均1.32MPa。

15#煤底板为砂质泥岩，泥岩及粉-细砂岩，厚1.00～3.85m，平均2.75m，砂质泥岩抗压强度54.4～63.2MPa，平均59.6MPa。

2.2 巷道原支护参数及变形情况

15105补进风巷掘进期间巷道顶板的支护参数为：锚杆直径为20mm，长度为2400mm，材质为右旋全螺纹锚杆，锚索为1×7股预应力钢绞线，直径为21.6mm，长度为6200mm和8200mm两种，钢带是“蝶形”钢带，规格为4500×220×4mm，网片采用10#铁丝编织而成，规格为6300×1000mm，顶板支护排距850mm，间距700mm。

巷帮支护参数为：锚杆直径为18mm，长度为2500mm，材质为圆钢锚杆，锚索直径为17.8mm，长度为4200mm，网片采用10#铁丝编织而成，规格为3500×1000mm，巷帮支护排距850mm，间距800mm。支护断面图如图3所示。

15105补进风巷北段掘进期间巷道顶板的支护参数为：锚杆直径为22mm，长度为2400mm，材质为左旋无纵筋螺纹钢，钢号为BHRB500，锚索为1×19股预应力钢绞线，直径为21.6mm，长度为5200mm，钢带是“蝶形”钢带，规格为4500×220×4mm，网片采用10#铁丝编织而成，规格为6300×1000mm，锚杆排距800mm，间距700mm，锚索排距1600mm，间距为1200mm和1500mm。

巷帮支护参数为：锚杆直径为18mm，长度为2500mm，材质为圆钢锚杆，锚索直径为17.8mm，长度为4200mm，W钢护板的规格为280×450×4mm，网片采用10#铁丝编织而成，规格为3500×1000mm，巷帮支护排距800mm，间距900mm。支护断面图如图4所示。

15105巷在使用全螺纹锚杆进行支护时，巷道变形极其严重，以致最后闭巷重新掘进，在顶板更换支护材料后，由于巷帮支护强度没有发生根本改变，巷道变形量依旧很大，并且队组习惯性的长掘长支严重的违背了锚杆支护的核心理念，巷道在回采前也进行了大量的修复。

2.3 现场窥视

为详细了解巷道围岩变形情况，在15105补进风巷顶板和两帮分别布置了钻孔进行窥视，窥视结果如图5所示。窥视结果表明：

（1）15#煤K2灰岩顶板厚度一般为0～3m，平均为2.3m。灰岩内水平层理发育，为水平层状岩层，内部富含方解石脉；

（2）灰岩受到扰动较小时较为完整。表现为在掘进初期顶板较为完整，但受到后期地应力变化、巷道变形、采动影响时层状发育的顶板在水平剪切作用下发生离层、错动，在纵横交错的方解石脉参与下，发生纵横切割，而导致整体破坏而发生顶板离层、下沉、破碎；

（3）灰岩顶板上部砂质泥岩整体性较好，仅在巷道变形较大部位处有零星裂隙区，一般影响范围在5m以内；

（4）两帮煤体较为软弱破碎，破坏范围一般为0～1.4m，内部为松软区，分布有零星裂隙，以松软型破碎为主。

3 巷道变形原因分析

根据现场收集到的资料综合分析，15105补进风巷变形的原因主要有：

（1）地应力大。该处巷道埋深在700～826m之间，属深部矿井，埋深大，地应力随之也增大；

（2）采动影响剧烈。15105补进风巷距15103回风巷之间的煤柱为40m左右，巷道在掘进时，上区段工作面正在回采，形成对穿，采动影响剧烈；

（3）围岩弱。巷道直接顶灰岩结构性差，并含有方解石矿脉，进一步降低了顶板岩石的强度，两帮煤体和底板软弱，尤其是巷帮上部有1m多厚的煤体极其松软，在巷道掘进时极易片帮超宽；

（4）原有支护强度低，支护构件不匹配。巷道正掘段顶板锚杆为全螺纹锚杆，巷帮采用的圆钢锚杆，支护强度低，正掘段锚杆锚索布置在同条钢带上，高预紧力的锚索使锚杆失去支护作用，而单纯靠锚索也无法对顶板进行有效支护，支护构件不匹配；

（5）施工工艺不符合锚杆支护技术理念。巷道在掘进时掘2排支2排，甚至掘4排支4排，和锚杆支护的核心理念及时主动严重相违背，丧失了控制围岩变形的绝佳时机。

4 综合注浆加固方案及效果分析

巷道已经发生了严重的变形，直接在巷道表面进行锚杆锚索补强达不到理想的支护效果，必须要先恢复围岩的完整性，再进行锚杆锚索补强支护。为此经过综合分析，决定首先对巷道两帮进行注浆加固。具体方案是：对巷帮围岩进行深浅孔注浆，浅孔注浆的钻孔深度为3000mm，深孔注浆的钻孔深度为8000mm，浅孔注浆布置方式如图6所示，深孔注浆钻孔布置方式同浅孔，钻孔布置在两排浅孔之间。浅孔注浆压力为1～2MPa，深孔注浆压力为4～6MPa，并且要注意施工的工艺和质量。

巷道在进行注浆加固后再采用高预应力锚杆锚索支护系统进行加固支护。经观测，巷道两帮变形量基本上控制在300mm左右，顶板下沉量控制在200mm左右。在本工作面超前段，巷道虽再次经受强烈的超前压力影响，但采用了加强支护后基本上能满足工作面的正常使用。

5 结语

（1）深部矿井动压巷道采用简单的支护无法控制巷道围岩的变形；

（2）巷道变形的主要原因是地应力大，动压影响剧烈，围岩强度低，结构性差，支护强度低，支护构件不匹配，支护不及时等；

（3）针对深部动压巷道的维护，在恢复巷道围岩完整性的基础上再进行强力支护完全能将巷道的变形控制要求的范围之内。

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