深部动压15247S 回风巷围岩控制技术研究

刘 松 代卫林

（冀中能源峰峰集团邯郸宝峰矿业有限公司九龙矿，河北 邯郸 056000）

1 工程概况

冀中能源峰峰集团九龙矿为突出矿井，井底大巷标高为-600 m。采煤工作面巷道采用四巷布置，分别是进风巷、回风巷、底抽巷和高抽巷。15247S回风巷与15245S 进风巷之间的净煤柱宽10 m，利用原1501S 工作面（已回采结束）回风运料石门系统进行掘进。15247S 工作面巷道埋深在700～826 m之间，属深部开采工作面，具有埋深大、地质构造多、煤岩不连续面发育、瓦斯含量高、需要的巷道断面大等特点，巷道支护困难。

2 号煤均厚6 m，基本顶为粉砂岩，均厚9.0 m，再往上为1 号煤、砂质泥岩、细砂岩，直接顶为砂质泥岩，厚3.9～5.9 m；直接底为砂质泥岩，平均厚3.5 m，基本底为粉砂岩，厚6.0～8.0 m。

2 巷道围岩破坏机理

2.1 类似巷道原支护方案

15247S回风巷与15245S回风巷处于同一层位，且15245 回风巷在相邻15445N 回采过程中掘进，又要服务于15245S 回采工作面，地质及生产条件与15247S 回风巷类似。15245S 回风巷顶板锚杆选用Ф20 mm×2400 mm 的螺纹钢金属锚杆，托盘为220 mm×140 mm×10 mm“碟形”托盘，锚固剂为MSCK23-60 型树脂锚固剂一卷，锚固长度600 mm，顶锚索选用Ф21.6 mm×6200 mm 和Ф21.6 mm×8200 mm 两种规格，1860 级低松弛钢绞线，托盘为220 mm×140 mm×16 mm“碟形”托盘，锚固剂为MSCK23-120 型树脂锚固剂一卷，锚固长度1200 mm。锚杆呈“三四三”布置，锚索呈“四三四”布置，即第一排钢带布置四根锚索三根锚杆；第二排钢带布置三根锚索四根锚杆；第三排同第一排，第四排同第二排依次进行支护。“碟形”钢带规格4500 mm×220 mm×4 mm，顶部菱形网规格6300 mm×1000 mmn，10 号铁丝编制，排距850 mm。

帮锚杆选用Ф18 mm×2500 mm 圆钢锚杆，托盘为钢带配套的180 mm×140 mm×8 mm 钢托盘，锚固剂为MSCK23-60 型树脂锚固剂一卷，锚固段长度600 mm，间距800 mm，排距850 mm。

帮锚索采用排列交叉支护，第一排在靠煤柱帮一侧顶板向下300 mm（第一根）与190 mm（第三根）处各打一根Ф17.8 mm×4200 mm 的帮锚索，第二排在靠煤柱帮一侧顶板向下1100 mm 与190 mm 处各打一根Ф17.8 mm×4200 mm 的帮锚索；第三排锚索布置同第一排，第四排同第二排，依次支护。锚固剂为MSCK23-120 型树脂锚固剂一卷，锚固长度1200 mm。帮部菱形网规格为3500 mm×1000 mm。另在巷道两帮上部除正常使用托盘外，增设Ф10 mm×80 mm×2200 mm的钢筋钢带加强支护。

2.2 围岩破坏机理

经现场实勘，15245S 回风巷在经历15445S 回采动压影响之后，巷道变形量大，两帮移近量最大达到1.4 m，顶底板几近闭合，顶板粉砂岩发生错动、离层和下沉，顶板钢带发生弯折，巷道局部发生冒顶；巷道鼓包严重，底板泥岩层状弯曲、纵向拉伸破断底鼓，为典型的应力型底鼓。顶板灰岩节理裂隙发育，受动压影响后变成散块状，破碎后对锚索形成剪切。分析主要受三方面的因素影响：一是巷道围岩地质条件。顶板虽然有灰岩，但灰岩薄且夹有方解石矿脉，大幅度降低了灰岩的强度和整体性；煤体强度低，尤其是巷帮上部有1.5 m 厚的煤层极其松软，掘巷时成型困难；另外构造多，煤体节理裂隙发育。二是巷道工程赋存环境。九龙矿巷道埋深超过700 m，属深部矿井，地应力大。三是巷道施工因素。15247S 回风巷是沿采空区边缘掘进的动压巷道，掘进中将打破上区段采面刚形成的短暂平衡，动压对巷道影响巨大；临近配风巷采用爆破掘进，剧烈震动对15247S 回风巷有二次动压影响；原支护顶板锚杆锚索布置在同排钢带上，由于锚杆锚索预应力等级差别大，导致锚杆几乎失去了支护作用；巷帮支护强度更低，整体支护协调性差。

3 深部动压巷道围岩控制技术

3.1 支护参数选取模拟分析

为了确定15247S 回风巷合理的支护方式及参数[1-3]，对掘进期巷道顶板全锚索所产生的应力场进行了模拟分析。

（1）锚索预应力形成的应力场数值分析

对预应力分别为50 kN、100 kN、200 kN、250 kN 时锚索支护预应力场分布情况进行模拟。从模拟数据可知：随着预应力增加，锚索预应力场的应力值与有效压应力区范围不断增加。在高预应力下，锚索预应力场的应力值大，形成的压应力区范围广，锚索的主动支护作用得到充分发挥。

（2）锚索长度对预应力场的影响分析

对锚索长度与预应力场的影响情况进行模拟，从模拟数据可知：① 预应力一定时，短锚索主动支护作用优于长锚索；② 锚索越长，施加的预应力应越大；③ 提高锚索的预应力可适当减少锚索长度；④ 根据锚索预应力水平，确定锚索长度在4～6 m 较合理。

3.2 支护参数的确定

依据深部矿井沿采空区边缘掘进巷道受强烈动压的围岩控制技术特点，确定15247S 回风巷高预应力高强度锚索组合支护参数如下：

（1）顶板支护参数。锚索型号为SKP22-1/1860-5200，每排5 根锚索，距帮400 mm，间距1000 mm，排距1000 mm，全都垂直顶板岩层打设，预应力加长锚固，1 支MSK2335 和2 支MSZ2360树脂药卷锚固。钻头直径30 mm，锚固长度1970 mm。锚索托板采用300 mm×300 mm×16 mm 高强度可调心拱形托板及配套锁具，托板承载能力不低于500 kN，托板高度不低于60 mm。网片采用菱形网护表，网片为网格30 mm×30 mm 的10 号铅丝编织，规格为5.0 m×1.1 m。当顶板有原始裂隙时，采用钢筋网护顶，网孔规格100 mm×100 mm，采用6.5 mm 钢筋编织焊接而成，规格2.6 m×1.1 m，每排两片搭接，采用10 号铅丝孔扎紧，锚索张拉预紧力损失后大于等于250 kN。

（2）两帮支护参数。锚索型号为SKP17.8-1/1860-4200，每帮每排4 根锚索，距顶、底各500 mm，间距1000 mm，排距1000 mm，全都垂直两帮岩层打设，预应力加长锚固，1 支MSK2335 和2 支MSZ2360 树脂药卷锚固。钻头直径30 mm，锚固长度1406 mm。锚索托板采用300 mm×300 mm×14 mm 高强度可调心拱形托板及配套锁具，托板承载能力不低于350 kN，托板高度≥60 mm。网片采用菱形网护表，为网格30 mm×30 mm 的10号铅丝编织，规格4.0 m×1.1 m，张拉预紧力损失后大于等于150 kN。

4 应用效果

监测结果表明：15247S 回风巷正常段两帮移近量最大为217 mm，顶底板移近量最大为295 mm，巷道变形量不大；15247S 回风巷构造段巷道两帮变形量也较小，在350 mm 以下，顶底板移近量稍大，达到500 mm 以内，底鼓严重，主要和巷道底板为泥岩有关。根据回采时通风和设备的要求，巷道宽度不小于3500 mm 即可满足使用，可见15247S 回风巷在回采时只需拉底即可满足15247S 工作面的回采使用，说明强力全锚索支护系统完全能控制深部矿井应力升高区动压巷道的变形。

5 结论

九龙矿深部动压巷道围岩离层、滑动、裂隙张开、新裂纹在掘巷之前均已经产生，要求支护系统要有更大的强度和刚度，全断面全锚索支护克服了锚杆支护破断力偏低、预紧力转化效率低、预紧力不足的缺点。实践应用表明：高预应力全锚索支护技术控制围岩变形能力非常强，尤其对于深部动压巷道，有效控制了围岩强烈变形，巷道两帮收敛量控制在500 mm 以内，顶板下沉量控制在200 mm以内，支护效果良好。