9111工作面运输顺槽变形破坏机理及支护技术探究

程卫忠

（山西高平科兴新庄煤业有限公司，山西 高平 048400）

1 工程概况

新庄煤业9111运输顺槽沿9#煤层布置，9#煤层直接顶厚约3～4m，岩性为泥岩及砂质泥岩；直接底为砂质泥岩，厚度为1.1m。巷道设计断面为矩形，支护采用锚杆、钢带、金属网联合支护，锚杆为长度2.2m、Ф18mm的左旋无纵筋盘螺纹钢锚杆，锚杆间距0.9m，锚杆排距1m。

2 9111工作面运输顺槽变形破坏特征

在9111工作面运输顺槽开掘之后，巷道围岩出现了明显的变形破坏。为掌握9111工作面运输顺槽变形破坏机理，对运输顺槽进行了现场勘察。巷道变形破坏主要特征为：

（1）巷道浅部围岩变形非常严重

9111工作面运输顺槽浅层围岩整体出现松散状态，原支护结构并没有发挥出应有支护效果，且整体变形持续时间较长。主要表现为：巷道顶板大面积下沉且形成较多的冒顶区，底鼓严重，两帮明显收敛，锚喷支护多处出现了失效，原支护中多处卡缆出现了失效破坏且形成了明显的网兜，在高应力的作用下，整个运输顺槽从矩形巷道压成了弧形。见图1所示。

（2）巷道掘进与使用过程中有水体涌出

从现场勘察情况来看，在9111工作面运输顺槽使用的过程中，巷道底板出现了明显浸水情况，顶板也有多处出现了大面积的淋水。巷道在水体侵蚀作用下，整体强度下降明显。

图1 运输顺槽现场变形破坏图

3 9111工作面运输顺槽变形破坏机理分析

在全面分析9111工作面运输顺槽变形破坏特征及机理的基础上，本次返修提出了“高预应力高强度锚杆+锚索+关键位置注浆”联合支护。该方案的提出，主要考虑到，在原支护系统中，巷道总体支护强度较低，特别是锚杆支护并没有起到应有的对巷道围岩预紧压缩、稳定控制的作用。选择使用高预应力高强度锚杆可实现对9111工作面运输顺槽围岩围压的有效增加，实现对围岩应力状态的有效改变，从而实现对锚固体力学性能的有效改良，提升锚固体的整体强度，对于提升巷道围岩整体稳定性较为关键。设计选择关键位置锚索主要考虑到，深部稳定围岩对浅层围岩的悬吊作用并没有充分发挥出来，通过关键位置打设锚索的方式，实现对浅层围岩的有效控制。部分位置注浆主要考虑到9111工作面运输顺槽部分位置受到地下水影响较为明显，通过注浆的方式，实现对涌水通道的有效封堵，降低地下水对9111工作面运输顺槽的侵蚀，提升巷道整体强度。具体设计方案为：

（1）高预应力高强度锚杆。选择使用BHRB380高预应力高强度锚杆，锚杆平均强度均超过380MPa，远远大于原支护中使用的左旋无纵筋盘螺纹钢锚杆。选择使用大扭矩风动扳手，提升锚杆预紧力，本次设计锚杆预紧力为：80kN。锚杆托盘设计采用150mm×150mm×15mm高强度托盘。中间锚杆采用平行垂直布置，在巷道顶板两角位置，锚杆采用与垂线呈15°方向布置，提升锚杆

（1）松动圈范围探测

为更好掌握9111工作面运输顺槽变形破坏情况，使用地质雷达与钻孔窥探仪相结合的方式对巷道围岩松动圈的范围进行了探测。通过对探测结果进行处理，得到了9111工作面运输顺槽围岩松动变形情况，具体见图2所示。

图2 巷道围岩松动破坏示意图

从图2可看出，9111工作面运输顺槽巷道顶部破坏范围最大，已经超过了3.5m，两帮破坏的范围已经超过了2.5m，且巷道顶底的破坏范围明显超过了巷道两帮的破坏。而9111工作面运输顺槽原支护中，锚杆支护长度为2.2m，远远低于巷道围岩松动圈的范围，且没有使用锚索支护，导致深部围岩的稳定作用并没有最大限度地发挥出来，不利于9111工作面运输顺槽整体支护的稳定性。

（2）9111工作面运输顺槽岩性分析

为掌握胶带大巷围岩条件，对9111工作面运输顺槽进行了岩性力学性质试验，具体试验结果见表1。

表1 巷道围岩力学性质试验结果

从表1中可得到，9111工作面运输顺槽所处位置整体岩层的强度偏软，巷道在采动影响、地应力等方面因素的影响下，非常容易出现大面积的变形。

4 9111工作面运输顺槽稳定性支护对策分析

对顶板围岩的稳定性控制。

（2）锚索支护。Ф17.8×8000mm钢绞线锚索，间距为1400mm，排距为1600mm。

（3）关键位置注浆。本次选择在巷道两底角位置进行注浆，选择使用注浆锚杆，角度设计为与水平方向呈45°。图3为9111工作面运输顺槽全新支护图。

图3 9111工作面运输顺槽全新支护图

5 支护效果分析

对9111工作面运输顺槽进行重新支护设计后，选择使用十字交叉法对9111工作面运输顺槽变形情况进行了监测。从监测情况来看，巷道在返修40d后基本上达到了稳定状态，两帮最大的收敛量为54mm，顶底板最大移近量为80mm，均满足巷道使用要求。

6 结 语

大量深部巷道支护实践表明，传统支护方式已经不能满足深部巷道稳定性控制要求，在进行深部巷道支护设计时，需采取复合型支护措施。对9111工作面运输顺槽应用“高预应力高强度锚杆+锚索+关键位置注浆”联合支护方案，经实践应用后，新支护方案较好地满足了工作面运输顺槽稳定性控制的要求。