深部厚层软弱复合顶板巷道支护技术研究

张小勇

（山西汾西瑞泰能源集团有限责任公司，山西 晋中 030600）

0 引言

随着煤矿开采深度的不断增加，地下水渗透压、温度、地应力各项内容都会加大，这也就导致煤矿开采时，控制岩层稳定性面临较大难度，特别是实际开采期间，巷道原岩应力将会不断加大，如果在具体开采作业时，巷道塑性区、破碎区范围超过5.0 m 后，维护巷道难度大，针对这一情况，要加强对强采动、大埋深影响下，采用的深部巷道支护技术的探究，通过分析采取合理支护技术，确保后续开采作业稳定进行。

1 煤矿具体情况

某煤矿工程的设计生产能力为262.5 t/a，针对煤矿实际情况进行核定，最终确定该煤矿生产能力为460.5 t/a。通过对煤矿的具体生产情况来看，随着煤矿服役年限的推移，煤矿开采进入深部，其中部门粉煤层深度达到了958 m 以下，对煤矿的巷道情况进行观察，显示出了多深部矿压特点，具体表现为整个巷道在煤矿开采过程中发生了严重变形，而且随着时间推移，围岩内构造会出现水平或应力加大，在后续开采时，会发生较为严重的围岩破碎问题。为了使这一问题能够得到解决，确保开采安全，提高开采效率，要适当增加锚索、锚杆数量，加大了开采作业面孔的施工难度。

2 具体支护方案的选择

2.1 依据煤矿情况选择巷道断面

通过对该煤矿的具体情况进行分析可以发现，采矿区内的轨道形状主要有以下两种类型：

2.1.1 圆形断面

这一类选断面主要适合应用到U 型钢架支护（如图1 所示）中，这一类型的支护在具体应用期间，整体受力均匀，而且巷道在应用时不会发生的严重变形问题，一般来说是在通过对拱形断面进行应用，无法实现对围岩变形情况进行控制的情况下才能应用；同时，煤矿内设置的巷道高度和直径相同情况下，利用圆形断面能够通过对面积进行应用，减小拱形断面，需要注意的是采取圆形断面，施工作业开展时难度较大。

图1 U 型钢架支护

2.1.2 直墙半圆拱形断面

该断面在具体应用期间，适合应用到U 型钢支架支护和锚杆支护中，主要适合应用在围岩、地质条件相对较好区域内。

通过该煤矿的具体情况进行确定，具体施工作业开展期间，适合采用直墙半圆拱形断面，采取这一方式，能够实现对巷道的保护，确保后续煤矿开采作业顺利进行[3]。

2.2 科学布置巷道层位

对煤矿所在区域地质情况进行分析，在进行巷道布置时，为了保证最终布置合理性，实际布置时要坚持下列原则：

1）针对距离煤层相对较近的岩层中，在具体布置时要减少工作面，同时还要与采矿区下山巷道进行连通，维护巷道稳定性，确保后续开采作业能够顺利进行，避免由于采矿区发生波动，引发事故。

独董的选聘是由董事会提出，各参选人名由股东大会选举产生，只有脱开董事会限制，完全由中小股东进行选举任命，才能确保中小股东的利益，从根本上保证独立董事在上市公司中的独立性。 主要有以下两种方法：

2）在进行巷道层位进行布置时需要对岩层情况进行勘察，通过勘查结果确定为岩层稳定区域，将岩层布置在该区域内，采取此种作业方式，就是为后续支护和维护提供便利条件。通过对该矿区进行分析可以确定，若将巷道层位布置在基本顶中，巷道不会发生严重变形，而且整体维护量相对较小，但是由于离煤层相距较远，这一现象也就导致在进行工作面布置时，与采取下山相连通巷道岩巷量增多；如果将采取轨道下山布置到煤层底板中，在具体煤矿开采期间，巷道将会受直接顶、上部煤层等不稳定岩层影响，会加大压力[4]。通过详细分析，最终决定在煤矿工程中，将轨道下山布置在与基本顶相距5.8 m 的直接顶板中，实现对巷道保护，保证整体开采环境稳定性，避免发生安全事故。

2.3 巷道支护技术应用分析

通过对该煤矿工程具体情况进行分析，针对本煤矿深部厚层复合软弱顶板来说，在对其进行控制时，要提高对巷道掘进后，围岩控制与处理作业的重视，以免由于开采作业以及自然环境因素影响，导致破损区发生扩大或延伸等不良现象[5]。与此同时，还要对底脚和两帮支护进行适当强化，在现阶段顶板施工，支护手段都没有获取到实际性质情况下，保证底板自由，适当进行卸压处理，而在煤矿巷道底板底鼓之后，采取人工拉底方式进行处理，实现对巷道的保护，满足后续煤矿开采需求即可。针对深部岩巷道处理时，最终决定采取支锚索+围岩注浆方式的梯次组合支护方式，实现对巷道稳定的保护。

通过对煤矿的实际开采情况进行分析可以发现，随着埋深的不断加大，整个巷道进行开掘后，巷道内的破碎区、塑性区范围加工会不断扩大，而且围岩裂隙也会进一步发育，针对这一现象，如果在作业时只采取U 型支架支护或锚网喷方式无法确保巷道支护强度达到预期，从具体情况来看，要利用深浅孔注浆方式进行处理，通过这一方式能够有效减少巷道围岩中裂隙的出现，进而使岩层内部黏聚力能够得到进一步提高，通过对短锚索、高强度锚杆、长锚索等各项结构进行应用，从而让顶板岩层能够形成一个加固承载梁，提高整个巷道围岩支护强度，实现对巷道围岩变形量以及围岩变形范围扩大的有效控制，降低巷道围岩变形情况的发生，使巷道围岩能够由原本不稳定逐渐趋于稳定[6]。梯次组合支护主要分为以下几个阶段：

2.3.1 通过造壳方式形成梁

相关工作人员在实际作业开展时通过对锚杆、金属网、附件各项内容进行应用，从而使锚固巷道表面周围岩层能够形成稳定支护结构，从具体情况来看，该结构起到的宏观作用就是避免巷道在煤矿开采期间发生直接冒顶、巷道片帮等各种不良现象，而从微观方面来看，这一支护结构能够发挥的作用就是有效减缓岩体膨胀现象，以及裂隙发育延伸，总的来说，就是能够为巷道提供具有较强承载力的梁结构或壳体。需要注意的是，为了缩短工期，保证整个煤矿开采作业，要在巷道掘进后，第一时间开展时相应施工作业。

2.3.2 向锚固区域内的注浆

施工人员加工直径大小为22 mm 的镀锌钢管，将其制作为注浆管路，考虑到施工现场具体情况，采取长度1.8 m 的注浆管，在整个断面一共布置了6 根注浆管路，进行注浆管路时，为了确保注浆作业顺利进行，保证注浆效果能够达到预期，相邻注浆管之间距离为65 cm，所有注浆管路都要布置在两排锚杆之间，注浆时，为了保证注浆作业顺利，提高最终注浆质量，要将注浆压力控制在0.5～0.8 MPa 之间，水灰比应对控制在0.9～1.0 之间，在锚固区域内进行注浆作业，通过注浆能够使锚固区内直接顶板裂隙可以形成一个稳定整体，该项作业要在巷道掘进作业完成14 h后开展。

2.3.3 形成高强度梁

通过对锚索与附件进行应用，在第一层支护基础上，锚固巷道深部岩层，从而能够在巷道顶板上形成加强梁，同时，能够在巷道帮部形成更宽，而且具有高承载力的墙体，完成短锚索布置之后，要立即采取喷浆方式对巷道进行处理，从而形成稳定巷道，该项作业通常要在掘巷28 h 后开展。

2.3.4 锚固区域外围注浆

利用制作的注浆管路，向锚固区外围岩进行注浆作业，各项参数与锚固区域内的注浆的各项参数相一致，该项作业在掘巷72～120 h 内开展。

2.3.5 形成高强度刚性梁

采用长且带有让压管和大托盘单体锚索，弯沉对巷道顶板更深处岩层的锚固，向锚索施加高强度预拉应力前，将上述各项阶段串联成一个整体，减小不同阶段，以及每个阶段内部发生的挠曲变形和离层现象，形成高强度梁承载结构，从而使深部岩层的具体承载力能够得到进一步提高，实现对巷道变形的有效控制，这一阶段通常在掘巷120～216 h 内完成。

3 结语

相关工作人员要从掘进巷道开始，对巷道整体情况进行观察，动态反应巷道围岩整体情况，依据反馈的各项数据，科学调整支护参数，从而实现对围岩变形情况的有效控制。通过180 d 观察可以发现，巷道顶板发生最大下沉量约为15 cm，两帮最大位移量约为7.2 cm，围岩变形量都在可控范围内，通过观察巷道顶板和围岩两帮观察可以发现，整个巷道能够位于稳定，这一结果表明，本煤矿工程采用支护方式是可行的。