掘进巷道围岩压力实测及支护设计优化研究

张宏伟

【摘 要】 本文以官地矿掘进巷道12609正巷工作面的实际情况为工程背景，通过现场实测的方法，实测了巷道围岩松动圈范围、巷道变形量和巷道锚杆受力，并对巷道原支护方式进行优化，得到如下结论：巷道围岩松动圈范围为1.56～1.63m;巷道变形大致分为三个时期，即围岩变形增加期、围岩变形平缓期和围岩变形稳定期，最终两帮与顶底板移近量分别为110mm和80mm;顶部锚杆、左帮和右帮锚杆受到的平均载荷分别为98kN、48kN、55kN;优化后的支护方案为锚网索联合支护，同时增加了顶部锚杆的数量，在12609正巷工作面后半段的施工过程中，巷道围岩变形得到明显改善。

【关键词】 掘进巷道;现场实测;支护优化

【中图分类号】 TD322;TD353 【文献标识码】 A

【文章编号】 2096-4102（2019）05-0005-03

煤矿巷道掘进作为煤炭资源开采的重要准备工作，是实现煤炭资源开采的重要过程。在工作面回采巷道的掘进过程中，巷道的稳定性及其支护形式直接关系到煤炭资源的安全高效开采。巷道的有效支护形式，不仅能够提高煤炭资源的生产效率，而且能够减少煤炭资源生产的吨煤成本，提高矿井经济效益。本文以山西官地矿12609正巷工作面的掘进过程为背景，通过对12609正巷工作面掘进过程中的巷道围岩变形进行实测，对巷道的支护方案进行优化，使得巷道的围岩变形明显减小，为该矿其他工作面的回采巷道掘进起到一定的借鉴作用。

1工程概况

官地矿12609正巷工作面沿2#煤层掘进，煤层的平均厚度为3.23m，煤层平均倾角为2°，煤层顶底板岩性情况如图1所示。煤层的直接顶岩层为砂质泥岩、直接底岩层为泥岩，而煤层的基本顶与基本底岩层均为中粗砂岩。

2掘进巷道围岩应力实测

2.1测试仪器及测试方法

掘进巷道现场测试的主要仪器包括：钻孔窥视仪、巷道表面位移监测计、巷道锚杆测量计。钻孔窥视仪器能够对12609正巷工作面的围岩松动圈范围进行观测，为巷道支护设计的优化提供依据。巷道表面位移监测计则能够对12609正巷工作面在掘进过程中的巷道变形量进行监测，可以直观地了解巷道掘进过程对巷道变形量的影响，进而作为巷道支护设计的优化前后支护效果的评价指标。巷道锚杆测量计能够对巷道顶板及巷道两帮的锚杆受力进行监测，通过对巷道锚杆的受力数据进行监测和整理，可以更加直观地了解到巷道顶板及巷道两帮锚杆是否对巷道围岩支护起到了重要作用，同时能够对支护失效的锚杆进行及时排查

2.2巷道围岩松动圈监测

巷道顶板在钻孔窥视探头到达1.82m时，巷道顶板岩层出现明显的离层，而离层的出现也是出现在岩层交界面附近，当窥视钻头再往里伸入，在巷道顶板基本顶岩层中未出现明显的顶板离层。在巷道左帮中，当窥视钻头伸入到巷帮深部的1.56m时，巷帮煤体中发生大面积破坏，煤体中的裂隙极其发育;当窥视钻头再往里伸入时，巷帮中煤体的裂隙明显减少，煤体的整体性保持完好。在巷道右帮中，当窥视钻头深入到巷帮深部的1.63m时，巷帮中煤体的破坏程度较大，煤体中的裂隙较为发育，但较左帮煤体的破坏较为缓和;同样，当窥视钻头再往里逐渐伸入时，巷帮中煤体的破坏程度逐渐变小。巷道围岩松动圈范围如表1所示，巷道围岩大松动圈范围为1.56～1.63m。

2.3巷道表面位移监测

12609正巷工作面的巷道两帮和顶底板移近量监测结果如图2所示。

由图2可知，随着12609正巷工作面的不断掘进，巷道的表面移近量逐渐增大。12609正巷工作面在掘进过程中的巷道围岩性大致可以分为以下三个阶段：

第一阶段：围岩变形增加期。在掘进工作面推進0m～30m过程中，两帮移近量与顶底板移近量分别增加到85mm和65mm，巷道围岩的变形量明显发生增大，轨道顺槽的围岩活动较为剧烈，在此期间，掘进工作面的不断推进，轨道顺槽周围处于原岩应力状态的岩石，由于受到巷道开挖的影响，应力发生重新分布进而达到新的平衡，因此巷道围岩的变形量会出现剧烈的变化。

第二阶段：围岩变形平缓期。在掘进工作面推进30m～60m过程性，两帮移近量和顶底板移近量同样发生增大，巷道变形量在此阶段内的增大范围较围岩变形增加期较小，变形量值分别由85mm和65mm增加到108mm和74mm，巷道围岩的应力分布逐渐达到新的平衡，巷道围岩的变形也逐渐缓和，基本达到12609正巷工作面变形的最大值。

第三阶段：围岩变形稳定期。在掘进工作面推进到60m～100m过程中，两帮移近量和顶底板移近量发生微小增加，巷道变形量较在此阶段内变化范围最小，12609正巷工作面的两帮移近量与顶底板移近量分别为110mm和80mm。在此期间，12609正巷工作面围岩应力的重新分布达到平衡，巷道由于受到掘进影响的变形达到稳定。

2.3锚杆受力监测

12609正巷工作面的顶部和帮部锚杆受力监测结果如图3所示。

由图3可知，在12609正巷工作面中顶部锚杆受到平均载荷大于巷道帮部受到的平均载荷，且巷道左帮锚杆受到的平均载荷小于巷道右帮受到的平均载荷。同样巷道锚杆的受力会受到掘进过程的影响。在锚杆刚安装在巷道顶部及帮部并施加一定的预应力在帮部和帮部锚杆一段时间后，巷道顶板及帮部就会出现明显变化。当掘进工作面超前锚杆测点在40m时，在这期间锚杆受到的载荷变化较为剧烈，巷道顶部受到的载荷增加到75kN，巷道左帮锚杆受到的载荷增加到29kN，巷道右帮锚杆受到的载荷则增加到32kN。当掘进工作面超前锚杆在40m～100m时，巷道顶部及帮部锚杆受到的载荷变化较为缓和，顶部锚杆受力由75kN增加到98kN，巷道左帮锚杆受到的载荷由29kN增加到48kN，巷道右帮锚杆受到的载荷由32kN增加到55kN。

3掘進巷道支护设计优化

通过对12609正巷工作面掘进巷道进行测量，可知巷道围岩松动圈范围、巷道两帮和顶底板移近量较大，当12609综采工作面准备完成之后，由于巷道已经发生了严重的变形，故无法实现12609综采工作面正常回采，另外由于巷道顶部锚杆受到的载荷大于锚杆锚固力，因此巷道原来的支护方案存在严重的不合理性，因此有必要对12609正巷工作面的支护方案进行进一步优化，以实现12609综采工作面的正常回采。

3.1巷道原支护方案

12609正巷工作面掘进巷道高度×宽度=3200mm×4000mm，为矩形巷道，巷道原支护方式采用锚网联合支护，即巷道顶部和帮部分别布置有3根锚杆，间距1500mm。巷道原支护示意图如图4（a）所示。

3.2支护设计优化

原先巷道的支护形式为锚网支护，优化后的支护方案为锚网索联合支护。在12609正巷工作面顶部均匀追打2根锚索，锚索的长度为8000mm，使其直接锚固在煤层上覆基本顶硬质岩层中，进而实现对正巷的有效支护，另外将顶部锚杆的数量从3根增加到4根，优化后的12609正巷工作面的支护方案如图4（b）所示。

通过对12609正巷工作面的原支护方案进行优化，将优化后的支护方案应用在该矿中，巷道围岩变形大的情况得到好转，12609正巷工作面后半段的支护情况得到明显改善（如图5）。

4结论

针对官地矿12609正巷工作面的实际情况，通过现场实测的方法，对12609正巷工作面的巷道围岩松动圈范围、巷道围岩变形量和巷道锚杆受力进行实测，并对巷道原支护方式进行优化，主要得到如下结论：

（1）实测得到巷道围岩松动圈范围为1.56～1.63m;巷道变形大致分为三个时期，即围岩变形增加期、围岩变形平缓期和围岩变形稳定期，最终12609正巷工作面两帮与顶底板移近量分别为110mm和80mm;顶部锚杆、左帮和右帮锚杆受到的平均载荷分别为98kN、48kN、55kN。

（2）由于在原巷道支护设计下，巷道围岩松动圈范围和变形量均较大，且巷道顶部锚杆受到的平均载荷大于锚固力，因此优化后的巷道支护形式为锚网索联合支护，同时增加了顶部锚杆的数量。

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