煤矿巷道围岩变形实测分析及现场工业性试验

吴力超

（山西省能源职业学校， 山西 太原 030006）

0 引言

煤矿生产的安全性在很大程度上受制于对工作面顶板的管理效果，即对工作面围岩的控制效果直接决定生产的效率。多年来，煤矿软岩巷道由非均匀质地的岩体组成，在实际生产中其对应的巷道变形不协调，导致工作面出现了较为严重的离层和失稳问题，进而造成对巷道严重的破坏。目前，针对煤矿软岩巷道的支护虽然取得了一定的成果，但是仍然存在成本高、维护费用高以及返修工作量大的问题，主要以软岩巷道工作面为实例开展系列研究，对其支护方案进行优化设计。

1 支护现状分析

11011 回采巷道为某煤矿首采面的巷道，该回采巷道的顶底板条件总结如下：11011 回采巷道顶板岩层的主要成分为泥岩和砂质泥岩，岩层的最大厚度为13.20 m；同时，在顶板岩层中夹杂碳质泥岩，视为伪顶。11011 回采巷道底板岩层主要成分为砂岩，并在砂岩中含有部分泥岩和砂质泥岩。

整个巷道断面形状呈现为梯形。目前，巷道在工字钢对棚支护的基础上采用锚杆和锚索进行强化支护，具体支护参数如下：

锚杆采用直径为18 mm、长度为2 100 mm 的麻花锚杆，锚杆间距为700 mm、间排距为700 mm；锚索采用直径为15.24 mm、长度为8 m 的高强度低松弛的钢绞线，锚索量长度为3.6 m[1-2]。为真实掌握上述支护参数下对应巷道围岩的控制效果，分别对巷道两帮移近量和顶板下沉量进行测量。

针对11011 回采巷道当前支护状态下巷道围岩两帮移近量和顶板下沉量的观测需求，本工程采用十字交叉法对观测点进行布置，如图1 所示。

图1 两帮移近量观测点布置示意图

如图1 所示，巷道内共设置有5 组观测点，每间隔10 m 设置一排监测点。

本次监测对每个观测位置的最大位移值进行记录，观测结果如表1 所示。

表1 巷道围岩两帮移近量 单位：cm

2 巷道支护方案的设计及工业性试验

根据当前11011 回采巷道当前支护状态下对应的两帮移近量和顶板下沉量的观测结果，对巷道的支护方案进行改进，以进一步提升对巷道围岩的控制效果，进而保证工作面的生产效率[3]。

2.1 巷道支护原则

1）对巷道进行有效支护后，其围岩状态处于弹塑性变形状态，对应的巷道断面收缩率很小。

2）由于巷道的断面收缩性小，则对应的巷道断面变形非常小，即断面形状几乎不会被改变，从而保证断面具有较高的利用率。

3）对巷道进行有效支护后，在实际生产过程中不会造成冲击载荷导致液压支架受力不均匀等局面，从而确保液压支架的稳定工作。

4）支护完成后，当工作面载荷不发生突变的工况下不会对引起变形现象，即可长时间保证稳定状态。

2.2 支护方案设计

结合11011 工作面煤层所属三软煤层，其顶板岩层的强度较小而且呈现裂隙发育状态。总的来讲，11011 工作面顶板的管理相对困难；同时，考虑到工作面煤层的强度较小且煤层厚度变化范围大。综合上述因素，11011 工作面煤层在开采时期容易受到矿压冲击性的影响。因此，需要对11011 工作面回采巷道根据不同位置所承受的冲击性倾向大小和煤层厚度选择灵活的支护方案，具体如下：

1）当工作面煤层开采时所承受的冲击性倾向明显时应采用O 型棚进行支护，并沿着巷道顶部进行掘进开采；本工程对应O 型棚支护在巷道内的实施长度为15 m，支护示意如图2 所示。

图2 O 型棚支护示意图（单位：mm）

2）当工作面煤层开采时所承受的冲击性倾向不太明显时应采用外扎腿U 型棚进行支护，并沿着巷道煤层中部进行掘进开采，支护示意如图3所示。

图3 U 型棚支护示意图（单位：mm）

3）当所属区域煤层厚度较大且其所承受的冲击性倾向不明显或者无冲击性倾向时应采用微拱工字钢对巷道进行支护，并沿着巷道煤层底板进行掘进，可极大提升掘进速度的同时，降低支护成本。

本工程O 型棚和U 型棚支护采用的主材料均为U36 型钢。

3 巷道围岩支护效果观测结果

本章对采用灵活支护方式后对工作面围岩的控制效果进行观测，重点对顶板下沉量和两帮移近量进行观测。由于O 型棚支护方案对应在巷道施工的长度仅为15 m。因此，重点对U 型棚支护方式下对应巷道两帮移近量和顶板下沉量进行观测。同样，在本次观测中采用十字交叉法对观测站进行布置，分别在巷道顶板、底板、左右两帮各布置一个观测点，观测结果分析如图4 所示。

图4 围岩控制效果

如图4 所示，对于巷道两帮移近量而言，在支护方案实施大约5 d 后，巷道变形趋于稳定，而且变形量均小于10 mm/d；对于顶板下沉量而言，在支护方案实施6 d 内巷道的顶板下沉速率较大，在第7 天后巷道的下沉速度减小，即变形量非常小。

对11011 回采巷道采用灵活支护方案后可其顶板和两帮的围岩控制效果非常好；整体来讲，巷道的变形量仅为180 mm，小于200 mm 的要求，说明此次支护方案可行且合理。

4 结论

1）当工作面煤层开采时所承受的冲击性倾向明显时应采用O 型棚进行支护，并沿着巷道顶部进行掘进开采；当工作面煤层开采时所承受的冲击性倾向不太明显时应采用外扎腿U 型棚进行支护，并沿着巷道煤层中部进行掘进开采；当所属区域煤层厚度较大且其所承受的冲击性倾向不明显或者无冲击性倾向时应采用微拱工字钢对巷道进行支护，并沿着巷道煤层底板进行掘进。

2）以U 型棚支护方案为例对其支护效果进行观测，表明对11011 回采巷道采用灵活支护方案后可其顶板和两帮的围岩控制效果非常好；整体来讲，巷道的变形量仅为180 mm，小于200 mm 的要求，说明此次支护方案可行且合理。