连采掘进巷道稳定性控制技术探讨

郭 鹏

（山西晋城无烟煤矿业集团有限责任公司寺河矿，山西 晋城 048200）

1 工程概况

寺河矿W23052、W23053 掘进工作面沿3 号煤层底板掘进，工作面南为W2305 工作面（未采），北为W2306 工作面（未掘），西为西区北辅运巷/ 北进/北回风二巷（已掘），见图1。掘进工作面地面标高为+580～+750 m，工作面标高为+254～+326 m。3号煤层平均厚度6.3 m，煤层平均倾角7°，条带状结构，含夹矸1 层，属稳定型煤层，单巷掘进时的瓦斯绝对涌出量为1.6 m3/min，具有煤与瓦斯突出危险性。W23052、W23053 巷道掘进毛断面宽×高均为5 500 mm×3 800 mm，采用连续采煤机割煤成巷； 在W23053 巷割煤达到循环进度后，调机到W23052 巷进行割煤，锚杆钻车调机到W23053 巷支护，连续采煤机在W23052 巷割煤； 待锚杆钻车在W23053 巷支护完毕、连续采煤机在W23052 巷割煤达到循环进度后，连续采煤机再调到W23053 巷，依次交替循环作业。

图1 2305 工作面巷道布置平面

W2305 工作面巷道采用连采连掘技术能够大大提高施工进度和原煤产量，改善了工人劳动强度，但同时掘进时两巷应力叠加效应较为突出，巷道变形潜在灾害较为严重，尤其是寺河矿是有煤与瓦斯突出危险性的矿井，对连采连掘巷道稳定性控制提出了更高的要求。

2 连掘巷道群稳定性分析

单一巷道开挖情况下，由于巷道周围岩体承载能力不同，巷道所处的高地应力环境会使开挖后周围岩体形成破碎区、塑性区和稳定区，巷道所受垂直应力也由里向外呈现应力降低区、应力升高区和原岩应力区[1-2]。而在多条巷道同时掘进情况下，根据巷道断面的不同，可以将巷道群之间应力影响分为断面相同和断面不同的两种情况。当巷道断面相同时（见图2），不同巷道的应力影响半径相同，围岩破碎发育规律也相似，此时两巷道的相互应力影响会受巷道间距控制； 当巷道断面不同时，小孔径巷道对大孔径巷道的应力影响程度有限，应力及围岩破碎范围为两巷道各自应力影响距离之和[3-4]。

图2 巷道群开掘后应力场演变分布

W23052、W23053 巷道属于同一水平层位，埋深平均为400 m，两巷道连续交替开挖，很容易产生应力叠加现象造成巷道一直在高应力区承载。高应力区一方面会对巷道围岩支护带来困难，另一方面应力集中状态下交替掘进工作会受到影响，进尺无法得到保证[5]。因此，在对W23052、W23053 连掘巷道群稳定性分析后，两巷道的支护方式设计与巷道间合理煤柱尺寸留设成为巷道控制的关键因素。

W23052、W23053 巷道连采连掘过程中尽量避免巷道应力叠加对围岩结构的破坏，因此需要在两巷间留设足够宽度煤柱保证应力的均匀分布，以保证工作面和巷道开挖后的叠加应力不至于太过集中，见图3。煤柱留设宽度的原则是煤柱两侧产生塑性变形后，中间部位还存在一定宽度的弹性核区，按照经典煤柱理论计算公式，同时考虑留设安全系数，W23052、W23053 巷间煤柱留设宽度应达45 m。

图3 工作面与巷道开挖后的叠加应力

3 2305 工作面连采连掘巷道控制技术

3.1 巷道支护方案设计

W23052、W23053 巷道采用连采机掘进，掘进过程对巷道稳定控制的要求高，借鉴矿井其他巷道支护实际，确定采用强力锚网与锚索联合支护方式，见图4。顶锚杆杆体为Φ22 mm 螺纹钢，长度2 400 mm，型号为MSGLW-500/22×2400，树脂加长锚固，采用两支锚固剂一支规格为MSK2335、另一支规格为MSZ2360，钻孔直径为30 mm，锚固长度为1 200 mm。钢筋托梁采用Φ16 mm 钢筋，宽度为100 mm。拱形高强度托盘长×宽×高为150 mm×150 mm×10 mm。网片孔径为100 mm×100 mm，规格为3 000 mm×1 300 mm 的钢筋网护顶，网片之间相互搭接100 mm。顶锚杆排距为1 000 mm，每排6 根，间距1 000 mm，靠近巷帮的顶锚杆距巷帮250 mm，安设角度与巷道竖直线成10°（向外），其它与顶板垂直。

图4 缺图名？

顶锚索采用Φ22 mm 的单根钢绞线，长度7 300 mm，型号为SKP22-1/1720-7.3；树脂加长锚固，采用三支锚固剂一支规格为MSK2335、另两支规格为MSZ2360；钻孔直径为30 mm，锚固长度为1 970 mm。拱型高强度调心金属托盘长×宽×厚×孔直径为300 mm×300 mm×16 mm×26 mm。顶锚索间距为2 000 mm，距帮1 750 mm，锚索每排2 根，排距2 000 mm，与顶板垂直布置。

巷帮锚杆采用杆体为Φ22 mm 螺纹钢锚杆，长度2 000 mm，型号为MSGLW-500/22×2000；采用两支锚固剂，一支规格为MSK2335、另一支规格为MSZ2360；钻孔直径为30 mm，锚固长度为1 200 mm，巷帮排距为1 000 mm，每帮一排四根。帮锚杆间距为1 000 mm，靠近顶上的一根帮锚杆距顶板200 mm，起锚高度600 mm，超过900 mm 时必须补打一根帮锚杆。靠近顶板的巷帮锚杆，安设角度与巷道水平线成10°角向上，其它与巷帮垂直。

3.2 巷道支护作业实施流程

顶部和帮部的锚杆、锚索均采用CMM4-25 煤矿液压钻车机进行钻孔作业。作业之前先进行敲帮问顶，采用临时支护架与顶板实现面接触，紧接着进行挂网和钢带，并按照设计方式进行联网；预定好钻孔位置后钻进至预定孔深，并保证钻孔角度，到位后开大水量进行冲孔作业。钻孔形成后，按先后顺序放置树脂药卷，锚杆杆体套上托板、半球体和垫片并拧上螺母，杆尾通过螺母销、搅拌器与液压钻车连接，杆端插入已装好树脂药卷的钻孔中，升起液压钻车，将孔口处的药卷送入孔底，利用液压钻车搅拌树脂药卷。

施工过程中，应注意以下事项：锚杆（索）眼方向与层面夹角严格按设计角度布置；采用标尺和基准线标定锚杆（索）眼位置，顶锚杆（索）孔打眼采用湿式打眼；18#铁丝双股对折后扭结联网，不同网片（金属网、塑料网）或相同网片之间相互搭接100 mm左右，钢筋网与钢筋网搭接处需弯勾，搭接处用双股18#铁丝按不大于100 mm 的间隔相互搭接联网，联网时每匝不少于3 圈，每米不少于10 道；发现顶板存在夹矸或易风化软岩时，必须将夹矸、软岩采取喷浆措施；巷道在掘进过程中如出现冒顶等情况顶板使用钢筋网支护困难时可使用铁丝编织的菱形金属网进行支护，锚索施工时托盘下必须压钢筋网以保证后期留巷施工，当巷道条件正常后，及时恢复为钢筋网支护。

4 巷道稳定性控制效果分析

在W23052、W23053 巷道各布置一组测站对围岩变形量进行监测分析，围岩表面位移监测周期为45 d，顶板离层监测周期为120 d，W23052 巷道具体监测数据见图5。由图5监测曲线可知：巷道围岩两帮最大移近量为22 mm，为初始巷道两帮宽度的0.40%，顶底板最大移近量为21 mm，为巷道初始高度的0.55%，其中，顶板下沉量为9 mm，底鼓量为12 mm，底鼓量占顶底总移近量的57%；监测周期内，测站处浅部离层为0，深部离层为5 mm，总离层值为5 mm。总体来看，整个掘进期间内两巷道变形量较小，围岩保持了较好的完整性，说明锚网与锚索强力支护和煤柱留设宽度能够最大程度地减少巷道应力影响，减少巷道断面变形量，保证巷道服务期间的安全稳定。

图5 巷道围岩监测曲线

5 结语

连采掘进巷道容易受巷道掘进应力叠加影响，影响程度与巷道半径和巷间距离有关。在考虑工作面开采和巷道开挖的双重作用下，确定巷间煤柱合理留设宽度为45 m，并且采用强力锚网与锚索联合支护方式进行支护。在W23052、W23053 巷道进行现场应用后，两巷道围岩变形范围占巷道断面比例很小，锚网与锚索受力较稳定，能很好地保证巷道服务矿井的正常安全生产。