煤矿沿空留巷控制围岩的关键技术分析

张秉华

（山西离柳焦煤集团有限公司，山西晋中031301）

由于沿空留巷往往容易受到来自采动的影响，导致顶板裂隙被划分为块体结构，因此导致离层与破坏的现象，最终将给巷道支护带来困难。国内外学者对沿空留巷的肩角冒落以及相应的顶板离层进行全面的研究。张农[1]等经过对工况实际进行调研与分析产生了沿空留巷围岩控制理论，总结出了墙体快速构筑“三位一体”围岩控制、结构参数优化、分区治理、预裂爆破卸压等方式；柏建彪[2]通过全面探究沿空留巷围岩控制技术发现可以有效地确定巷旁支护体主要参数，主要构建有关巷旁充填沿空留巷的力学模型，从而更加容易对沿空留巷顶板破断垮落情况进行分析。

笔者从沿空留巷围岩控制关键技术出发，对如下几个方面的技术进行分析：第一，可伸缩U 型钢支架；第二，锁棚锚杆/锚索；第三，预充填区顶板加固；第四，支架壁后充填等。进而可以为沿空留巷支护参数设计提供有效的理论支撑。

1 可伸缩U型钢支架

可伸缩U型钢支架可是实现可缩性以及具有一定的强度，从而可以有效地抑制塑性区的持续变形以及缓解顶板分离等。

可伸缩U 型钢支架具体工作如下：支架与型钢固定在一起，可以有效地吸收能量，从而保证相应的预紧力。假如可伸缩U 型支架与相应的围岩进行接触时，型钢与连接件之间将会产生摩擦阻力，从而可以有效地防止围岩发生变形。当围岩不断变形时，支架阻力也不断增加，可是假如支架承载能力低于围岩阻力时，这样将会导致型钢出现挠曲破坏，进而发生失去承载能力的现象[3]。

2 支架壁后充填技术

假如需要对围岩支架壁进行填充的过程中，通常能够有效地提高围岩与支架之间的作用力。与此同时，经过填充之后的围岩能够有效地优化结构，同时可以减小了巷道断面的收缩量。

（1）壁后充填作用，假如完成填充之后，其可以有效地充实围岩空洞，能够有效地改善围岩的结构以及提升了对残余应力的强度，最终能够有效地优化支架与围岩之间的相互作用。为了能够有效地降低支架因载荷集中出现的破坏，此技术具有如下几个方面的作用：第一，壁后完成填充之后，能够有效的优化浅部围岩刚度以及相应的残余强度，可以有效地提升后载支护能力，从而能够进一步防止支护出现倾斜失稳[4]。第二，该技术在降低支架耳部集中载荷方面发挥着非常重要的作用，从而可以避免钢筋网拉力不均匀的现象，以及可以有效地优化钢筋网的抗弯能力；第三，可以有效地优化支架与围岩之间的关系，从而进一步弱化之间截面的异化程度。

（2）壁后充填的施工方法，该方式主要可以分为如下两种：湿式、干式。笔者主要针对湿式填充的方式进行讲解，其具有如下特点：填充效果好以及设备简单等。其适用的范围为岩性变化大以及相应的局部地段的巷道。图1 表示湿式充填采用预埋“T”型管注浆充填，其壁厚采用3.25mm，通常将其一段暴露在巷道表面，从而可以方便地注浆，与此同时在另一段设置钢筋笆片，进一步设置喷射浆液。通常射浆管直径可以设置为26.8mm。接着，可以在巷道表面喷射混凝土砂浆，其相应的厚度设置为50～70mm 的范围内，进一步可以有效地阻止浆液外流以及对U型钢棚产生不必要的腐蚀，进一步能够有效地提高支架的承载能力[5]。

3 锁棚锚杆/锚索技术

锁棚锚杆/锚索能够有效地提升支架在偏心载荷位置的承载能力，以及优化围岩性能，从而可以有效地提升支架偏载的能力，其包括走向锚杆梁以及相应的锁棚卡缆。

（1）走向锚杆梁，图2表示相应的连接方式，通常梁可以选用工字钢加工，通过工程实践发现，可以对梁的开孔数量以及相应的位置进行调整，其可以直接避免出现连接缺点的问题，从而可以使得使U 型钢成为一个整体，进一步优化支架的承载能力。

（2）锁棚卡缆，图3表示相应的连接方式，依据相应的U 型钢棚的截面特性，可以把卡缆制作成为一个弯曲的形状，这样可以保证U 型钢棚呈现紧密性。可以将锚固孔设置成为扁长形，同时将其设置在两侧耳翼上，最大限度地提高U型钢棚的支护能力。

4 滞后注浆技术

滞后注浆技术能够将围岩的弱面以及相应的裂隙进行胶结，从而可以达到锚杆与锚索之间进行二次支护，从而可以有效地提高支护的承载能力。依据相关力学实验发现，假如将其设置在25MPa 的三轴受压的环境下，粉砂岩的强度可以达到11MPa。假如设置了滞后注浆技术，那么其强度可以达到33MPa，图4表示相应的粉砂岩和固结体全应力应变曲线。

通过分析图4可以发现，其在围岩残余强度方面比较理想，依据该矿所在地质条件，其巷道初始支护力可以达到0.2MPa，相应的巷道半径可以达到2.5m，相应的围岩膨胀角设置为2°～9°的范围内，对应的内摩擦角的范围为20°～35°，其弹性模量的数值可以达到3.5GPa。图5表示相应的塑性圈半径与巷道表面位移在注浆后的影响情况。经过分析图5可以发现，当粘聚力以及相应的内摩擦角不断增大时，相应的巷道表面位移以及塑性区半径也随即减小，由此可以看出注浆加固已经达到了设定的要求。

5 预充填区顶板加固技术

沿空留巷巷旁支护对墙体进行支护时选用构件，其可以有效地降低顶板压力以及进一步防止顶板分离，从而能够极大地增加顶板岩体的性能。图6表示相应的带充填区和撕帮主动控顶。采用小孔径施工，采用高初撑力可缩单体液压支柱能够有效地提高巷内支护能力，从而有效地控制顶板分离的现象。

6 结论

（1）经过实践发现，可伸缩U型钢支架在围岩的应力平衡以及相应的承担阻力方面都起到一定的优化效果，从而可以有效地提高围岩压力的变化，可以有效地控制沿空留巷围岩的性能。

（2）在对壁后进行填充之后，可以有效地提高围岩的残余应力强度，进一步优化支架与围岩之间的作用力。

（3）锁棚锚杆/锚索能够防止U 型钢棚的弯曲，进一步提升支架的承载能力。

（4）滞后注浆可以有效地优化锚杆以及锚索之间的支护能力，从而可以极大地提高围岩的整体承载力。