1301工作面回采巷道围岩分类及控制技术应用

（山西兰花科创玉溪煤矿有限责任公司，山西 晋城 048000）

1 工程概况

山西兰花科创玉溪煤矿1301工作面位于一盘区，开采3#煤层，煤层均厚为5.85m，平均倾角为4°。煤层内部节理裂隙较为发育，属松软煤层，含有一层夹矸层，夹矸厚度为0.28 m。煤层顶板岩层为泥岩和中砂岩，底板岩层为泥岩和砂质泥岩。工作面采用大采高综合机械化采煤工艺。1301工作面胶带顺槽沿煤层底板掘进，巷道断面形状为矩形，掘进宽度为5.7m，掘进高度为3.8m，巷道掘进期间出现围岩变形量大的问题，现通过判断围岩的稳定性，再基于围岩等级进行具体支护方案的设计，以保障巷道围岩的稳定。

2 巷道围岩稳定性分类

2.1 巷道围岩力学测试

在胶带顺槽支护方案设计前，通过现场取样进行围岩力学测试，以掌握巷道围岩的力学参数，取样在胶带顺槽内进行，其中顶板取芯30m，底板取芯12m，将试样加工成标准件，在实验室内进行物理力学参数测试作业。

根据测试结果绘制胶带顺槽顶底板各岩层的物理力学参数及围岩结构见图1。

图1 胶带顺槽顶底板各岩层的物理力学参数及围岩结构

2.2 巷道围岩稳定性分类

根据我国《工程岩体分级标准》（GB/T 50218-2014）巷道围岩稳定性的划分标准可知，煤巷围岩根据稳定程度划分为5个等级，其中稳定类有三个级别，分别为：非常稳定、稳定和中等稳定（编号分别为Ⅰ类、Ⅱ类和Ⅲ类），不稳定类有两个级别，分别为不稳定和极不稳定（编号分别为Ⅳ类和Ⅴ类），具体围岩分类指标参考值见表1[1-2]。

表1 巷道围岩稳定性分类指标参考值

根据图1测试结果，结合巷道围岩稳定性的分类标准，具体进行胶带顺槽围岩稳定性的分类。

（1）分类指标

根据玉溪煤矿1301工作面胶带顺槽内钻孔所取岩芯岩性分析结果及地质资料，得出与胶带顺槽围岩稳定性分类相关的7个参数及其变化范围见表2。

表2 巷道围岩稳定性分类基本参数

表2巷道稳定稳定性分类的7个基本分类参数，其参数值的选取分别为：①顶板岩石单轴抗压强度取为顶板岩层2倍巷道宽度深度内煤岩体单轴抗压强度平均值；②底板岩石单轴抗压强度取为底板岩层巷道宽度深度内煤岩体单轴抗压强度的平均值；③巷帮煤层单轴抗压强度按煤层的单轴抗压强度取值；④巷道埋深指巷道位置与地表的垂直距离，玉溪煤矿1301工作面巷道平均埋深500 m左右；⑤护巷煤柱宽度指巷道一侧煤柱的实际宽度；⑥采动影响系数指因工作面回采引起的超前支承压力影响，对于回采巷道来说N值等于直接顶板厚度除以煤层采高；⑦围岩完整性指数指围岩节理、裂隙、层理的影响程度，取D=12～15[3]。

（2）分类结果

根据围岩稳定性分类方案见表1，1301工作面胶带顺槽围岩的7项基本分类参数，结合表1和表2确定玉溪煤矿1301工作面胶带顺槽围岩属于Ⅳ类不稳定围岩。

3 围岩控制技术

3.1 基于巷道围岩类型建议的锚杆支护参数

基于煤巷锚杆支护技术规范可知，Ⅳ类巷道围岩的基本支护应该选用锚杆+W钢带+网，或增加锚索桁架+网，或增加锚索[4-5]。

3.2 支护方案设计

根据1301工作面胶带顺槽围岩稳定性的分类结果，确定巷道支护方式为锚杆（索）+金属网+钢筋梯子梁；结合巷道的具体地质条件进行各项支护参数的设计，支护方案如下：

（1）顶板支护：采用高强度左旋螺纹钢锚杆，杆体的材质为HRB335钢材；托盘采用长×宽×厚=150 mm×150 mm×10 mm的高强度拱形托盘；锚杆的锚固方式为树脂加长锚固。锚索采用高强度1×7股钢绞线；托盘采用长×宽×厚=300 mm×300 mm×10 mm的高强度拱形托盘，锚固方式采用树脂加长锚固。为保证顶板支护的整体性，采用钢筋梯子梁将锚杆索有效连接，钢筋梯子梁长度×宽度为5400 mm×80 mm。采用网孔尺寸为50 mm×50 mm菱形金属网进行护表，具体支护参数见表3，支护形式见图2。

表3 胶带顺槽顶板锚杆（索）支护参数

（2）巷帮支护：帮部锚杆材质、规格、锚固方式、托盘材质和规格、钢筋梯子梁等的各项参数均与顶板支护参数相同，支护断面内锚杆每排布置4根，帮部靠近顶角的锚杆与水平方向成20°布置，其余锚杆均垂直于巷道帮部布置，具体支护参数见表4，支护形式见图2。

表4 胶带顺槽巷帮锚杆支护参数

图2 胶带顺槽支护布置

3.3 支护效果分析

为分析1301工作面胶带顺槽的支护效果，在巷道里程100m的位置设置监测站，监测巷道顶底板及两帮移近量，根据监测结果，绘制围岩变形量随与掘进迎头距离变化曲线见图3。

图3 掘进期间巷道表面位移曲线

分析图3可知，胶带顺槽掘进期间，巷道围岩的变形量随与掘进迎头距离的增大而逐渐增大，顶底板移近量主要发生在掘进工作面后方0～40m，当监测断面滞后掘进工作面40 m后，顶底板变形速率大幅减小，变形逐渐趋于稳定，两帮变形主要发生在掘进工作面后方25～70m，监测断面滞后工作面70 m后，两帮变形基本达到稳定状态。通过对比顶底板移近量与两帮移近量可知，巷道围岩变形中两帮移近量相对较大，导致两帮变形量大的主要原因为3#煤较为松软。巷道围岩变形稳定后，两帮和顶底板移近量的最大值分别为22 mm和86 mm，巷道掘进期间的围岩变形量整体较小。

4 结语

1）通过进行1301工作面胶带顺槽围岩力学测试，得出巷道顶底板各岩层物理力学参数及围岩结构图。

2）基于围岩力学测试结果，结合巷道围岩稳定性分类标准，确定1301工作面胶带顺槽属于Ⅳ类不稳定围岩，并针对围岩分类结果，建议支护形式及部分支护参数。

3）根据巷道围岩类型建议的锚杆支护参数，结合巷道具体特征，确定巷道采用锚杆（索）+金属网+钢筋梯子梁联合支护，并通过掘进期间的巷道表面位移观测结果知，围岩变形量较小，围岩控制效果良好。