采动压力影响下掘进巷道支护技术

（内蒙古鄂尔多斯市煤矿设计院，内蒙古 鄂尔多斯 017000）

目前由于矿藏的开采条件日益复杂，支护技术方案的设计难度也在不断加大，深层开采和高作业强度导致采动压力、地应力和相应的围岩应力场变化的复杂程度都在不断地提升。因此，对于采动压力影响下的掘进巷道支护技术的研究越发引起了人们的重视。

一、采动压力对掘进巷道围岩影响

在巷道开拓或回采的过程中，巷道围岩所受到的三向平衡应力随着工作面的推进而受到扰动，原本与巷道内壁形成稳定应力作用关系的矿层被破坏，从而使围岩内部形成压应力。而由于目前开采深度和开采强度的增加，这种压应力的水平对岩体自身的强度来说越来越大，形成岩体受压破碎、受剪离层和受拉断裂等现象，破坏了围岩的整体性并降低了围岩的强度，引起部分岩体的约束力失效并脱落，使围岩整体结构失去了稳定性。

因此，采动压力对围岩结构的稳定性和完整性的影响是企业生产中需要面对的重要课题。当采掘活动开始后，处于地下深处的围岩会因采空区的形成而受到扰动，原本已经达到平衡的内部应力不可避免被破坏，从而引发岩体内部应力场的重新分布。在应力场形成新的平衡的过程中，巷道顶板、底板以及两帮都会因应力作用出现不同程度和循序渐进的弹性变形、塑性变形直至岩层破裂。体现为巷道的两帮向内侧收敛、顶板下沉以及底鼓现象，并且破裂与松散的岩体会出现剥落，造成巷道截面积变小与巷道的不规则变形，对采掘活动的安全形成很大威胁。

二、采动压力下掘进巷道支护技术方案设计

（一）掘进巷道支护方案初步设计

对受到采动压力影响的掘进巷道进行支护设计，首先需要研究掘进巷道所在位置的围岩岩性、矿层分部、水文地质环境以及既有的支护状况等，根据已有的支护设计经验初步确定支护方案。

确认支护所用的锚杆与锚索的种类、数量、具体的安装位置以及辅助支护构件的选择，并且对巷道保护煤柱的预留位置和预留宽度进行规划，尽量利用煤柱的预留形成对巷道顶板的支撑，并减少掘进巷道两侧与底板因采动压力而出现向巷道内侧的位移，降低巷道边帮的支护设计难度和支护强度。而煤柱的预留宽度既要满足支护需要，也要避免宽度参数设计过于保守。

（二）设计参数的计算及优化

由于锚杆与锚索支护理论研究的进步与计算机技术的应用，让优化采动压力影响下的掘进巷道支护设计，并得到最佳支护效果与经济性成为了可能。首先，依据较为成熟的理论依据和巷道的几何参数对锚杆与锚索的长度、直径和强度等设计参数进行计算和校核，并且根据工程的类比计算所需的支护密度、锚杆与锚索的排距以及间距等。

其次，可以运用计算机软件模拟采动压力下巷道不同部位的岩体内部应力场的变化，找到应力随工作面推进的变化和应力分布规律，并且在不同的预留宽度条件下模拟分析煤柱的内部应力情况，从而进一步优化锚杆、锚索以及预留保护煤柱的支护设计参数，合理的布置锚杆与锚索的间距、排距以及精确的选择支护强度。

（三）支护施工工艺对支护效果的影响

基于主动预防巷道围岩变形和破坏形成的支护系统，其支护效果的形成需要有严格的施工工艺控制来保证。首先，锚杆与锚索的安装需要精确的控制粘结剂的搅拌与固化时间，才能够按照设计形成支护系统与围岩的整体性，达到共同承载采动压力的效果。其次，锚杆与锚索的安装角度、深度以及预紧力的施加也必须控制在一定的误差范围，否则支护系统无法形成预期的有效支护范围。

三、案例分析

（一）巷道情况概述

5208工作面位于xx斜井煤矿+403m水平，二采区，东为采区巷道及东翼采空区，西为三采区保护煤柱，北为5206工作面，南为5210工作面，两工作面都处于回采过程中。地面标高为+652.2～+717.7m，工作面标高为+424～+442m。地表广为黄土覆盖，多为沟谷地带，梯形状农田，冲沟较发育，无建筑物。

（二）新支护选择

1.应力是控制围岩早期变形和离层的重要参数。安装应力过小会使围岩发生过大的早期变形和顶板离层，松散破碎圈增大，引起顶板破碎掉落，使锚杆失效。同时在巷道开掘后要及时进行支护，减少围岩暴露时间，以达到及时主动支护的目的。

2.合理支护范围强度。由于受相邻回采工作面的影响，压力比常规情况下大，且由于围岩破碎，在保证锚杆安装应力的前提下，合理的锚杆长度和强度能够稳定地控制巷道围岩的变形。

（三）支护效果

1.钻孔窥视－确定围岩的结构及锚杆长度选择的的合理性。

在巷道掘进一段时间后，对进风巷道进行钻孔窥视试验。从试验的结果来看，在0～1.8m之间的围岩出现明显的小裂隙，说明4t以上的预应力，在现阶段能够控制塑性破坏区的扩散，同时也证明锚杆的长度的选择是合理的。在3～4.8m之间发现煤层，经过分析应该是4#煤，且含有夹矸。4.8～5.4m之间是4#煤层伪顶为粉砂岩。5.4～8m之间岩性发生了变化，经钻孔中的钻头痕迹密且清晰，表明岩石比较坚硬经分析是细粒砂岩。选择6300mm的锚索作为辅助支护，能够保证锚固端在稳定的岩层上。

2.拉拔试验－确定围岩的可锚性。

分别对顶板、两帮做拉拔试验，试验结果：顶上的锚固力大于18T，两帮的锚固力大于12T。按照要求锚固力应该大于锚杆体的抗拉强度，对于顶板的拉拔当达到抗拉强度后就不进行拉拔，避免做破坏性试验。对于两帮达到屈服强度后就不进行拉拔。从实验的结果可看出锚固剂、围岩、杆体之间的锚固力能够满足设计的要求。

总之，在优化采动压力影响下的掘进巷道支护设计参数方面，国内的研究人员还在不断地进行探索，对于应用理论的研究以及模拟分析模型的建立还有很多问题有待解决。相信不久就可以实现对锚杆与锚索联合支护系统进行更加科学和标准化的参数设计，为开采带来更经济和安全的支护解决方案。