辛置煤矿2-560工作面动压巷道围岩控制技术

高振华

（霍州煤电集团辛置煤矿，山西 霍州 031412）

1 工程概况

在煤炭资源开采过程中，井下巷道极易受到动压扰动的影响［1-2］。由于煤层开采所引发的回采空间围岩应力重新分布，导致部分巷道处在高应力区。另外，在留设的保护煤柱周围会产生应力集中现象［3］。工作面回采巷道，在掘进或回采过程中易受到动压扰动影响，巷道围岩变形严重，且在不同地质因素条件下，其矿压显现规律也呈现出明显的差异性［4］。

辛置煤矿2-560 准备工作面位于南五采区，工作面所采煤层为2#煤层，煤层厚度为3.75 m，煤层倾角为5°。2#煤层直接顶与直接底岩性主要为泥岩和砂质泥岩，老顶为中细砂岩。工作面西部为2-559 综采工作面，两工作面之间留设15 m的保护煤柱，南部为310 回风巷、310 皮带巷及310轨道巷。工作面布置见图1。2-560 准备工作面掘进巷道断面为矩形，尺寸为4.0 m×3.5 m。

图1 工作面布置

2-560 准备工作面掘进施工与2-559 工作面回采同步进行，2-560 掘进工作面同时受到巷道开挖围岩应力重新分布，2-559 工作面回采过程中的超前支承压力以及保护煤柱应力集中的影响。因此，对2-560 掘进工作面受动压影响的巷道进行围岩控制技术试验，采用合理的支护手段，减小动压对巷道变形的影响，保证巷道掘进工作安全高效的进行。

2 巷道围岩变形破坏特征

巷道围岩软弱、支护参数不合理、侧向煤壁支承压力的共同叠加作用是诱发巷道围岩大变形的主要原因。对2-560 掘进工作面巷道进行现场调研和钻孔窥视分析，巷道围岩变形特征主要表现为以下三个方面：

1）巷道肩角剪切破坏现象严重，出现锚杆托盘撕裂，托盘嵌入煤体内，局部锚杆断裂失效现象。

2）顶板下沉量大，失效锚杆较多，出现“网兜”现象，钢筋梯子梁也多处发生剪断，失去支护作用。

3）两帮变形呈非对称现象，巷道两帮相对移近量最大可达1.5 m 左右，接近巷道设计宽度的三分之一，巷道顶板煤柱侧下沉明显。

为了观测围岩内部的裂隙发育情况，在2-560工作面巷道掘进至400 m 处进行钻孔窥视实验，在该区域巷道顶板中部钻出直径为30 mm 的钻孔，采用钻孔窥视仪对巷道围岩内部进行观测，钻孔窥视见图2。

图2 工作面正巷钻孔窥视

从图2 中可以看出。巷道在顶板孔口0～1.1 m范围内，岩层出现体积膨胀现象，并且产生较大的破碎快；距孔口1.1～1.7 m 范围内，巷道在动压的影响下，围岩内部出现纵、横宏观裂隙；在1.7～2.4 m 范围内，围岩呈现疏松状，自承载能力较弱。

3 动压巷道支护方案设计

根据巷道实际地质条件，提高巷道围岩稳定性的主要思路为：强化支护结构，及时主动支护；提高围岩的固有强度；关键部位加强支护。结合巷道变形特征和原支护形式，在全面提高锚索预紧力的同时，重点增加巷道顶板锚索的数量以及改变锚杆的布置角度。

3.1 巷道支护方案

针对动压巷道的实际地质条件，提出了“高强树脂锚杆+ 锚索”联合支护的围岩控制方案，巷道支护设计见图3。

巷道顶板锚网索布置平面见图3（a）。顶板布置6 根规格为Ф22 mm×2 400 mm 的左旋螺纹钢高强锚杆，间排距为800 mm×800 mm，左右两根锚杆倾斜10°布置，其余垂直巷道顶板布置；锚杆钻孔直径为28 mm，顶板支护采用钢筋梯子梁和金属网，梯子梁采用Ф16 mm 钢筋；金属网为4 500 mm×900 mm，网孔为40 mm×40 mm，相邻网重叠100 mm。

顶板锚索采用1×19 股高强度低松弛钢绞线锚索，规格为Ф22 mm×7 300 mm，间排距为1 600 mm×1 600 mm，锚索紧跟掘进迎头施工。采用1 卷K2335 型和2 卷Z2360 型锚固剂。使用高强球型托盘搭配调心球垫；锚索锚固力大于300 kN。

巷道两帮锚网索布置平面见图3（b）。

图3 动压巷道锚网索支护设计

两帮各布置4 根规格为Ф22 mm×2 400 mm的左旋螺纹钢高强锚间排距为850 mm×800 mm，两帮上下两端锚杆各向上和向下倾斜10°布置，其余均水平布置，搭配使用M24×3 高强锚杆螺母，拱型高强度调心球垫，尼龙垫圈和托盘等配套物件。

3.2 巷道围岩变形分析

为了分析动压巷道支护方案的可行性，在2-560 掘进工作面巷道400 m 处布置1#测站和2#测站，1#测站与2#测站相距50 m，测站布置位置见图1。在巷道掘进期间对巷道围岩表面位移进行实时监测。1#测站、2#测站表面变形曲线见图4。

图4 巷道变形监测情况

从图4 中可以看出，巷道围岩在掘进期间表现出的变形规律主要可分为三个阶段。分别为采动影响阶段，变形缓慢阶段和围岩稳定阶段。1#测站、2#测站测站顶底板累计移近量分别为57 mm、70 mm，两帮累计收敛量分别为71 mm、83 mm。监测数据表明，受动压扰动的巷道围岩变形量普遍较大，但采用“高强树脂锚杆+ 锚索”联合支护方案，能够基本保证巷道在其服务期限内正常使用，说明联合支护方案在2-560 掘进工作面巷道中得到成功应用。

4 结论

1）动压巷道易受到开挖围岩应力重新分布，相邻工作面开采扰动以及保护煤柱应力集中的影响。另外，巷道围岩软弱、支护参数不合理也是诱发巷道围岩变形的主要原因。

2）通过现场调研以及钻孔窥视，对巷道围岩变形特征进行分析。巷道肩角处剪切破坏现象严重；顶板下沉量大，失效锚杆较多；两帮变形呈非对称现象。

3）对动压巷道进行支护设计，通过布置位移测站对巷道表面变形进行监测。动压巷道围岩变形量普遍较大，采用“高强树脂锚杆+ 锚索”联合支护方案能够基本保证巷道在其服务期限内正常使用。