泥岩复合底抽巷变形围岩控制技术研究

史海鹏

（山西晋煤集团宏圣公司，山西 晋城 048006）

1 概况

岳城煤矿主采3#煤层，由于本煤层瓦斯抽采效果不理想，因此在综采工作面采用底抽巷抽采方式进行瓦斯治理。以1303 工作面为例，底抽1 巷层位选择在K6 灰岩和K7 砂岩之间，K6 灰岩和K7砂岩之间岩层厚度平均在2～3 m 左右，巷道高度为3.3 m。1303 工作面底抽巷位置如图1。

底抽1 巷在施工至200 m 左右时，由于顶板工程用水和抽采钻场采动的相互作用，造成原支护结构失效、顶板离层掉渣严重，必须对底抽巷失稳情况进行分析，对原巷道围岩控制方案进行改进。

2 底抽巷原支护

底抽巷原采用锚网梁联合支护+锚索补强方式，其巷道支护设计及顶板（A 向）、两帮（B 向、C 向）支护设计如图2、图3。

图1 1303 工作面底抽巷布置图

底抽巷毛高3.3 m，净高3.2 m，毛宽5 m，净宽4.8 m，采用锚网梁联合支护+锚索补强方式。顶板支护采用MSGLW-500/22-2000-M24 型锚杆，排距1200 mm，间距1100 mm，每排5 根锚杆，以巷道中心线居中向两侧布置，靠帮侧锚杆距帮300 mm，配合T4600×80/16-80×80-5 钢筋托梁；锚网采用10#铁丝编织的金属菱形网护顶，型号为JW10/35-1.4×5.4。补强支护采用规格为SKP22-1/1720-6300型锚索，尾部配有高强度锁具，排距为1200 mm，间距为1800 mm，每排2 根锚索，以巷道中心线居中向两侧布置，靠帮侧锚杆距帮1600 mm，与顶板垂直打注。巷帮支护锚杆排距1200 mm，间距为1000 mm，每排三根锚杆，顶角锚杆距顶板400 mm，底角单体锚杆距底板900 mm；锚索与锚杆按排间隔布置，排距为1200 mm，间距1200 mm，每排2 根锚索，最上一根锚索距顶800 mm，最下一根锚索距底1300 mm，配合T1400×80/16-80×80-2钢筋托梁。

图2 巷道原支护断面设计图

图3 巷道原顶板、两帮支护设计图

3 原支护失效原因分析

失效段底抽巷的顶板锚固范围内自下而上岩性已变异为泥岩+K7 砂岩+泥岩，局部为全泥岩。监测结果表明，底抽巷围岩变形严重的区域顶底板移近量已超过1 m，其中顶板下沉量约0.7～1.0 m，底鼓量约0.3 m，两帮移近量约0.3 m，两帮中上部经常出现兜网现象，兜网形状大体为上窄下宽纺锤型，平均宽15～30 cm，长40～60 cm，形成的兜网大都处于相邻两排锚杆之间，且沿底抽巷走向两帮中上部连续分布20～30 排。此外现场资料还表明，底抽巷围岩极易风化和水化，抽采钻场施工过程中常伴有围岩破碎片帮现象。由岳城矿3#煤底抽巷围岩变形的时空分布特征可知，底抽巷抽采钻场的扰动对其围岩变形影响显著，这同时与底抽巷围岩类型及其力学特性直接相关。

4 方案设计

综合3#煤层地质情况、现场揭露岩层信息和底抽巷围岩变形规律，对比底抽巷原支护方案，提出了泥岩+K7 砂岩+泥岩顶板条件下锚网索喷支护方案，在此基础上进行补强或架棚支护。

泥岩+K7 砂岩+泥岩顶板条件下巷道支护设计如图4、图5。

图4 泥岩+K7 砂岩支护断面设计图

当顶板直接顶为泥岩，之上为K7 砂岩，且直接顶泥岩厚度小于4.5 m 的区域，初设支护在原支护上进行如下动态调整：针对施工过程中顶板较破碎，可根据钻孔窥视等测试手段，确定主要离层区或破碎区高度，将顶板每排全部锚杆或除两顶角锚杆替换为6300 mm 的锚索，其他支护方式不变；针对巷道施工过程中遇围岩发生不稳定变化或构造时，将排距缩小为1 m，其他支护方式不变；若帮部围岩条件较好，可不打设排距为1200 mm 的锚索，将每排自上而下的第一根和第二根锚杆或仅第二根锚杆替换为型号SKP22-1/1720-5300 的锚索，其他支护参数不变；针对帮部围岩条件较差，可将每排自上而下的第一和第二根锚杆替换为型号SKP22-1/1720-5300 的锚索，并保留排距为1200 mm 的两根锚索或第一根锚索，其他支护参数不变。

图5 泥岩+K7 砂岩顶板、两帮支护设计图

5 对比分析

与底抽巷原支护方案相比，优化支护方案充分考虑了底抽巷矿压特征、变形机制及围岩结构类型的因素对底抽巷稳定性的影响，除了锚杆索布置参数有不同之处，优化方案在两帮增加补强锚索对两帮中上部岩体受密集抽采钻孔打设扰动而变形的抑制能力，从而提高了两帮对顶板支持的刚度和强度，进一步加大了对顶板下沉变形的控制能力。此外，底抽巷还可以通过掘支后的及时初喷和抽采扰动后的二次复喷封闭措施及抽采钻场施工前后两次注浆加固措施，很大程度上降低掘进和抽采钻场施工过程中对围岩的振动破碎、水侵泥化等弱化扰动，提高围岩的抗风化和抗浸水能力，提高围岩结构的完整程度及围岩的刚度和强度。

6 现场试验及结论

在1303 工作面底抽1 巷布置综合测站，分别对350 m 范围内巷道原支护地段和优化支护后地段巷道顶板、两帮围岩变形情况进行实时观测，其结果如图6。

图6 矿压观测数据对比图

由图6 可知，1303 底抽1 巷采用原支护方案时，巷道初期变形虽然得到控制，但随着掘进距离的不断增加，顶板围岩受力不断集中，最终在200 m 左右围岩塑性被破坏，出现大量离层。采用优化支护方案后，巷道主动支护能力显著增加，顶底板、两帮围岩变形情况明显降低，随着巷道掘进并基本保持稳定。说明优化后支护方案能够明显提高对围岩变形的控制能力，尤其是在两帮增加锚索补强，对两帮中上部岩体受密集抽采钻孔打设扰动而引起的变形起到了较好的抑制作用，提高了两帮对顶板支持的刚度和强度，进一步加大了对顶板下沉变形的控制能力。