霍尔辛赫煤矿3 号煤层皮带巷支护优化分析

史 东 鑫

（山西霍尔辛赫煤业有限责任公司，山西长治046600）

1 工程概况

霍尔辛赫煤矿3 号煤层，下距9 号煤层55.72～79.70m,平均58.04m.煤层厚度4.49～7.17m，平均5.65m，结构较简单，含0～2 夹矸，为全区稳定可采煤层。煤层顶板为泥岩、砂质泥岩、粉砂岩，局部为砂岩，底板为黑色泥岩、炭质泥岩，巷道原支护采用“锚杆+U 型钢”支护，原支护断面见图1 所示。巷道在采用原支护方式后，在较短的时间内出现了明显的变形破坏，虽然进行了多次返修，但从巷道在返修后，在较短的时间内仍旧出现了较大的变形，严重影响到巷道正常使用。

图1 3 号煤层皮带巷原支护设计图

2 3 号煤层皮带巷变形破坏特征

为深入掌握3 号煤层皮带巷出现的变形破坏情况，对3 号煤层皮带巷出现的变形破坏情况进行了现场勘查，得到巷道变形情况特征主要为：

2.1 巷道围岩自稳时间非常短

在3 号煤层皮带巷开掘后，从巷道暴露到出现大面积的变形破坏，间隔的时间非常短，部分情况下出现了在巷道没有得到及时支护时，巷道断面就出现了急剧缩小。这表明，巷道在掘进之后，整体的围岩结构受到了较大的破坏，特别是巷道来压相对较快，给巷道的稳定性带来较大的威胁。

2.2 巷道围岩流变性非常显著

从现场观测情况来看，皮带巷距离巷道表层的5m 范围内甚至更深的位置均出现了明显的位移，表现出明显的流变，同时不断向深部扩展。在巷道掘进后，围岩趋于稳定的时间非常长，甚至超过了30d，由于巷道表现出明显的流变性，导致巷道多次拉底。

2.3 巷道围岩整体收敛速度非常快

从现场观察情况来看，顶板与底板的相对移近量明显超过了两帮的相对移近量，特别是底板鼓起的问题非常严重，整个巷道表现出全断面的收敛变形。观测表明，皮带巷围岩变形规律为：顶板和底板的相对移近量平均为两帮收敛量的2 倍以上，顶板也出现了明显的离层问题，部分钢架在支护过程中也出现了断裂实效。分别见图2（a）（b）所示。

图2 3 号煤层皮带巷现场变形破坏图

3 3 号煤层皮带巷变形破坏原因

通过现场勘查和理论分析，认为导致皮带巷出现大变形破坏的主要原因有如下几个方面：

首先，地质条件较为复杂。从现场勘查情况来看，皮带巷所处煤层缺失、变薄相对较多，形态变化较大。同时，从岩性分析来看，围岩泥岩成分含量较高，包含有较多的膨胀性黏土矿物，例如，高岭石、蒙脱石的含量明显较高，这类岩石容易出现风化潮解的问题，特别是水稳定性较差。在巷道的顶板、底板及煤层中均含有较多的泥质岩体，流变性特性非常突出。同时，通过对岩样进行单轴抗压试验来看，围岩单轴抗压强度在3～5MPa，这表明围岩单轴抗压强度偏低，自承能力较弱，这是导致巷道出现大面积变形破坏的主要原因。

其次，巷道原支护并未形成完整的承载结构。从原支护设计来看，整个设计属于开放式支护结构，底板处于敞开状态。同时，原支护下锚杆支护体和U 型钢支护并没有实现支护耦合，并没有形成“围岩+支护体”形成的完整支护结构，整个支护体系的整体支护效能不能较好发挥。

第三，围岩承载能力并为充分发挥。在对软岩巷道进行支护时，需要最大限度的提升巷道围岩松动圈的残余强度，将围岩的承载能力充分发挥出来。但从皮带巷原有支护情况来看，仅仅在巷道的顶板与两帮进行了锚杆支护，所支护的范围也仅仅是巷道的浅部，深部稳定围岩对浅部围岩的稳定作用并没有充分发挥出来，这也是导致巷道顶板出现大范围离层的主要原因。

4 3 号煤层皮带巷返修支护分析

结合3 号煤层皮带巷所处地质条件，为最大限度提升围岩自承能力和支护的整体性，本次返修设计采用“锚网索+U 型钢+柔性层”组成的复合支护方案，设计返修支护方案见图3 所示。

图3 皮带巷返修支护示意图

返修支护机理和具体支护方案为：

1）全断面进行锚杆支护，选择使用φ22mm×2 400mm 的高强度锚杆，对原支护方案2 000mm 的锚杆进行了针对性的加长，在巷道的浅部形成范围更大、支护能力更强的浅部围岩承载结构。同时，设计全断面支护的方式，有效克服原支护中底板处于敞开支护状态存在的弊端。设置锚杆预紧力150kN。设计采用W 型钢带对锚杆进行连接，托盘选择使用高强度拱形托盘。锚杆间排距设计为800mm×800mm。

2）全断面锚索支护。针对原支护设计中深部稳定围岩在支护中的作用未充分发挥出来的实际，在返修支护设计时，在全断面增加锚索支护，参数为φ22mm×7300mm，其中，顶板锚索的间距设计为1.5m，排距设计为2.4m。同时，在巷道的2 个底角的位置设计打设45°锚索，主要是为了将两帮对底板带来的压力有效切断，降低底板鼓起量。

3）U 型钢支护。返修支护时，选择使用U36 型钢，在型钢与型钢之间选择使用螺杆式卡缆连接，并使用强力拉板将各个支架连接在一起，全面提升支护结构的整体性，设计支架之间的间距为800mm。

4）柔性层施工。在原支护设计中，U 型钢和锚杆支护体之间存在较大的空隙，不均匀支护的问题明显，在返修支护时，设计在U 型钢支架和锚网索支护体之间，加入厚度在60mm 的柔性垫板，主要材质为超高分子聚乙烯板。通过将柔性层加入，不仅能较好增强支护体的整体性，同时也给巷道的变形提出了一定的空间，达到了“先让后抗、主动支护”的效果。

5 3 号煤层皮带巷返修支护效果分析

在返修方案实施后，选择使用“十字交叉法”对巷道返修情况进行了监测，得到了巷道变形曲线见图4所示。

图4 皮带巷返修支护围岩变形曲线

从图4 可知，在返修方案实施后，巷道围岩整体取得了较好的支护控制效果，巷道顶板下沉量、底板鼓起量及两帮收敛量等均相对于先前有了明显的降低，这表明返修支护方案实现了对巷道稳定性的较好控制。

6 结束语

1）从深部巷道支护实践来看，在浅部巷道支护中能够取得较好支护效果的支护方案，在深部巷道支护时，表现出明显的不适应性，支护效果较差。

2）深部巷道支护需充分考虑巷道所处的复杂地质条件、围岩岩性、支护体之间的耦合性等因素，特别是考虑“工程软岩”条件下，应当充分调动深部巷道围岩与支护体形成一个完整的支护结构，全面提升支护整体性，才能更好满足深部巷道支护要求。