巷道承压收敛实测分析与支护参数优化

闫蹬杭

（黄陵矿业有限公司一号煤矿，陕西 延安 727307）

黄陵一号煤矿回采工作面的308辅运巷被视作上一个工作面的安装准备巷，该辅运巷在经过回采作业后，巷道通常会发生严重底鼓，巷道中下帮部也易出现大幅收敛现象，大量的支护失效，严重影响后期使用。因此，要想找到更科学、更合理的巷道支护方案，必须对实际情况进行深入分析。为此，通过深入观测308辅运巷围岩破坏变形情况，基于相关理论分析，确定了“锚杆、锚索4-3、3-4”+T140钢带托梁的联合支护方案，实现了理想的支护效果。

1 工程概况

黄陵一号煤矿的308辅运巷布置在2#煤层中，位于+900m水平，总埋深为120～460m之间。2#煤内生裂隙较多，发育较明显。巷道顶板围岩主要为9～12.65m的淡灰色粉砂岩，直接底为粉砂岩与薄层状泥岩为主，相对较松软。

2 巷道变形机理分析

对于软岩巷道支护而言，可把巷道顶板、巷帮以及底板围岩视作有机统一平衡体系，各自的破坏情况会影响到整体支护效果，任一区域出现变形破坏，都可能借助应力或应变的传递方式对相邻区域造成影响。

在巷道支护作业中，自稳隐形拱是巷道稳定的界面，以此界面将顶部垂直应力转向巷道两帮。改变巷道顶角形状或在顶板适当位置加装预应力锚杆可以降低自稳隐形拱的高度，取得较好的支护效果。同时，巷道顶板载荷也会通过两帮围岩传至两帮底角围岩，两帮底角围岩实际受力相对较大。若巷道两帮与底角围岩都没有足够的横向支撑力，逐步挤向巷道内部，会使巷道断面缩小，造成巷道底板出现鼓起现象。巷道底板强度降低后，巷道的零位移点以及零应变点都会逐步向底板深部移动，且随巷道围岩强度的降低，巷道底板底鼓量会越大。对此，在支护中不能单独强调某一个部位的支护，而应该注重支护的整体性，依靠合理的支护体系达到理想支护效果。

3 原支护方案分析

3.1 原支护方案及其支护效果

308工作面辅运巷原支护方案：顶板采用锚杆+锚索梁+塑钢网联合支护，Ф20×2100mm金属锚杆，每孔350mm树脂3节，托盘尺寸150×150×10mm， 间 排 距800×800mm，“六--六”矩形布置；锚索梁采用16#槽钢加工，梁长4200mm，排距1600mm，一梁四索，采用Ф17.8×8300mm钢绞线，锚深8000mm，每孔700mm树脂3节；顶、帮部挂塑钢网，网孔50×55mm。帮锚杆间排距700×1000mm，“四--四”矩形布置，每根锚杆配1块350×200×50mm木托板。

图1 308工作面辅运巷原巷道支护设计图

在日常回采期间，上述支护方案基本满足需求，因受临近工作面回采应力的影响，巷道围岩便出现严重破坏，锚杆的螺母以及托盘易出现拉裂破坏，同时压弯锚索梁，锁具压脱等。

3.2 原支护方案后期围岩破坏情况分析

3.2.1 顶板实际支护状况分析308工作面辅运巷伪顶相对较厚，与直接顶相比更软弱、易破碎，锚杆支护系统的锚固端很难达到直接顶部，这样在支护加固系统缺乏足够的强度，顶板来压后，巷道伪顶易破碎，锚杆锚固结构失效，锚索支护丧失有效着力点，顶板出现垮落、下沉现象。巷道局部顶板易出现下沉及垮落现象，具体如图2所示。

图2 308工作面辅运巷局部顶板下沉、垮落现象

3.2.2 帮部支护与底鼓情况分析

如图3中所示，因308工作面辅运巷煤帮支护强度相对较弱，采用的塑钢网通常很难对锚杆间煤体出现的位移进行及时有效控制，且回采工作面一侧支护为玻璃钢锚杆与木托盘支护，这种支护很难应对剪切位移，很多锚杆易出现破断失效现象。两帮也易出现严重破坏，特别是采煤侧易出现帮部破碎现象，加之巷道底板属于支护体系下围岩仅有的自由面，受围岩压力影响底板便易出现底鼓变形。

图3 308工作面辅运巷帮部与底部围岩变形情况

综上分析，原支护方案所用的支护材料强度偏小、顶帮支护强度偏低是引发后期巷道破坏的主要原因，一次回采压力作用于巷道围岩后，支护体系易出现破坏，引发巷道围岩发生严重破坏现象。

4 支护方案改进

4.1 巷道围岩松动圈实测

在308工作面辅运巷实测了巷道松动围岩的范围，在此次测量中，应用了较先进的光学电值法，获得了巷道围岩松动方位实测数据，如表1所示。

表1 巷道围岩松动方位实测数据表

数据分析可知，回采巷道松动圈主要集中在2.5～3.5m之间，原支护的锚固端正好位于松动围岩内，无法达到有效加固的效果。

4.2 优化支护参数

参照实测的松动圈数据，顶板采用锚杆+锚索梁+塑钢网联合支护方案。锚杆规格：Ф20×2500mm左旋无纵筋螺纹钢锚杆，每孔350mm树脂3节，锚杆托盘尺寸200×200×12mm，顶锚杆间排距800×800mm，“六--六”矩形布置，帮锚杆间排距700×1000mm，“四--四”矩形布置，两帮部各增加1根长度为2.6m的T140型钢带；锚索梁采用T140型钢带，梁长4200mm，排距800mm，一梁四索，采用Ф17.8×10300mm防腐锚索，锚深10000mm，每孔700mm树脂3节；顶、帮部挂塑钢网，网孔50×55mm。如图4所示。

图4 308工作面辅运巷改进后的支护示意图

5 效果分析

支护方案调整后，在受到综采工作面回采应力影响、施工高位抽放孔影响下，该巷道围岩破坏变形明显减少，除了因煤体风化产生的帮部少量变形和巷道底板因水浸泡产生的少量底鼓外，锚杆的螺母、托盘保持原支护状态无破坏、锚索梁平直，维护工程量为支护方案调整前的1/10。