综放开采动压巷道围岩控制技术研究

摘要：为实现动压巷道围岩变形有效控制，以3603运输顺槽为研究对象，提出通过桁架锚索、锚杆、单体及注浆方式控制运输顺槽围岩变形。工程应用后，解决了在3601工作面采动影响下，3603运输顺槽围岩变形量大、部分锚杆（索）失效等问题，顶底板、两帮移近量控制在170 mm、240 mm以内，取得了较好的动压影响巷道围岩变形控制效果。

关键词：厚煤层；采动压力；补强加固；动压巷道

中图分类号：TD322 文献标识码：A 文章编号：1008-9500（2024）07-00-03

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2024.07.020

Research on the Control Technology of Dynamic Pressure Tunnel Perimeter Rock in Full-Mechanized Caving Mining

ZHENG Hezhong， HU Qiangqiang

（Shaanxi Changwu Tingnan Coal Industry Limited Liability Company， Xianyang 713602， China）

Abstract： In order to realize the effective control of the deformation of surrounding rock in the dynamic pressure roadway， taking 3603 transportation tunnel as the research object， it is proposed to control the deformation of surrounding rock in the transportation tunnel by truss anchor cable， anchor rods， monolithic and grouting. After the application of the project， it solved the problems of large deformation of perimeter rock and failure of some anchor rods （ropes） in 3603 transportation tunnels under the influence of 3601 working face mining， and the amount of top and bottom plates and the two gangs moving close to each other was controlled within 170 mm and 240 mm， which achieved a better effect of deformation control of perimeter rock of the tunnel under the influence of dynamic pressure.

Keywords： thick coal seam; mining pressure; reinforcement; dynamic pressure roadway

综放开采具有工艺简单、产量大等优点，是厚煤层常见的开采方式，但也存在采空区遗煤量多、采动压力显著明显及影响范围广等问题[1-2]。有效控制动压影响巷道围岩变形是综放开采期间需要解决的主要问题，因此众多的学者和工程技术人员研究压巷道围岩控制技术，并提出钢架棚、围岩卸压（水力压裂、深孔爆破切顶）、锚网索补强以及注浆加固等围岩控制技术，工程应用也取得一定成果[3-5]。在借鉴以往研究成果基础上，以陕西某矿3607皮带顺槽围岩控制为工程背景，分析现场采用的围岩补强加固技术措施，以期为其他矿井类似情况动压巷道围岩控制提供参考。

1 地质概况

陕西某矿开采的3#煤层厚度为3.9～7.8 m、平均值为5.8 m，倾角为3°～9°，埋深为215～298 m，

顶底板以泥岩、砂质泥岩以及砂岩为主。3#煤层3603综放工作面走向、倾向长度分别为4 250 m、265 m，

采高为3.5 m、放煤高度为2.3 m，采用U型通风方式，现阶段回采巷道和切眼已全部掘进。3603工作面北侧为正在回采的3601工作面，采面间留设15 m护巷煤柱；南侧为3605工作面（回采巷道未掘进）；东侧为采区边界，西侧为采区集中巷道。受3601工作面采动影响，3603运输顺槽出现围岩变形严重问题，需要结合现场情况针对性制定巷道围岩控制术措施，确保围岩的稳定性。

2 动压巷道围岩变形特征分析

2.1 3603运输顺槽原支护设计

3603运输顺槽沿3#煤层底板掘进，矩形断面（巷宽为5 200 mm，巷高为3 500 mm），采用锚网索联合支护方式，底板用厚度为200 mm的混凝土（强度等级C20）硬化。

顶板一排6根锚杆，锚杆直径为20 mm，长度为2500 mm，间排距为900 mm×900 mm；一排5根锚索，其中3根直径为17.8 mm，长度为8300 mm的锚索，2根直径为17.8 mm，长度为8 300 mm的锚索，间排距为900 mm×1 800 mm。

柱帮（采面帮）3根螺纹钢锚杆（玻璃钢锚杆），锚杆直径为18 mm，长度为2 000 mm、间排距为1 200 mm×900 mm；在煤柱巷距底板1 000 mm位置，布置直径为17.8 mm，长度为6 300 mm的锚索，间距为2 700 mm。

2.2 采动影响下运输顺槽变形特征

在3601工作面超前支承压力、采空区侧向应力等影响下，3603运输顺槽出现围岩变形量大问题，虽然局部用单体+工字钢方式补强，但是围岩控制效果不佳。具体表现包括3个方面：一是顶板下沉，顶板变形在靠近煤柱侧位置最大、在靠近实体煤侧有所降低，其中顶板下沉量最大为560 mm，同时局部出现网兜情况；二是巷帮位移量大，在3601工作面采动影响下，3603运输顺槽出现煤柱帮和采面帮变形较大、部分锚杆失效情况，其中巷帮位移在360～450 mm；三是底板鼓起，3603运输顺槽底板用混凝土（强度等级C20）硬化，但在采动影响下仍出现底板鼓起、局部混凝土开裂、翘起问题，底板鼓起量为290～370 mm。

3 动压巷道围岩控制技术

3.1 围岩控制策略

依据3603运输顺槽巷道位置、顶底板岩性条件及围岩变形特征等，借鉴以往类似巷道围岩变形控制经验，提出用桁架锚索、锚杆、单体等进行补强，通过注浆强化运输顺槽围岩自身承载能力，与支护体系相互配合共同抵御采动压力影响。

3.1.1 运输顺槽补强支护

一是修复运输顺槽原有锚网索支护系统。在运输顺槽失效的锚杆和锚索旁，重新打锚杆和锚索，实现围岩支护，并对原有的锚杆及锚索补张拉。

二是顶板补打桁架锚索。在运输顺槽顶板原有的2排锚索间补打2根锚索（直径为17.8 mm，长度为9 300 mm），均有15°外插角，间排距为2100 mm×1800 mm；补打完锚索后安装桁架，并进行张拉，确保张紧力在150 kN以上。

三是巷帮补打锚杆。在煤柱帮靠近顶部的2排锚杆间补打一排螺纹钢锚杆（直径为18 mm，长度为2 000 mm），锚杆用直径为10 mm×3 000 mm钢筋梯子梁连接，施加100 N·m扭矩。

在采面帮补打2排玻璃钢锚杆（直径为20 mm，长度为2 000 mm），使锚杆间排距由1 200 mm×900 mm缩小至600 mm×900 mm，同时玻璃钢锚杆用直径18 mm、长度3 000 mm钢筋梯子梁连接，施加60 N·m扭矩。四是单体强化支护。在运输顺槽内用DW35单体支柱、Π型钢强化支护。单体与巷帮间距均为850 mm，单体间留设3 500 mm宽距离，满足行人、运输需要；将长度为3 000 mm的Π型钢平行运输顺槽布置，按照“一梁四柱”方式布置，即单体的间距为900 mm，两侧单体与Π型钢端头距离均为150 mm。

具体运输顺槽补强支护设计如图1所示。

3.1.2 围岩注浆加固

一是对3603运输顺槽锚网加固段顶板和巷帮进行喷浆。喷浆主要起封闭围岩和防止漏浆作用，喷层厚度控制在50 mm，喷层的混凝土强度为C20。

二是待喷层凝固后，开始施工注浆孔，注浆孔深度为3.0 m，注浆管长度为2.5 m，注浆管间距为1.0 m、排距为2.0 m，起注高度为0.5 m。

三是注浆材料选用强度等级为42.5 MPa的普通硅酸盐水泥，水灰比为0.6∶1.0（质量比）。注浆压强不超过3 MPa，待浆液凝固后，可根据现场情况决定是否进行二次补注。

3.2 动压巷道围岩控制效果分析

在3603运输顺槽加固后，布置测站监测运输顺槽变形情况，具体如图2所示。从监测结果看出：运输顺槽在超前3601工作面110 m时围岩变形量开始缓慢增加，在超前3601工作面50 m时围岩变形量显著增加；运输顺槽在滞后3601工作面50 m内时围岩变形量快速增加，在滞后3601工作面50～75 m以后围岩变形量缓慢增加；在滞后3601工作面75 m以后围岩变形量逐渐稳定；在监测期间，3603运输顺槽顶底板、两帮最大移近量分别控制在170 mm、240 mm，同时未出现明显的底板鼓起、顶板金属网网兜等问题，运输顺槽围岩变形量较小，基本不会影响后续使用。

4 结论

结合3603运输顺槽现场条件，综合桁架锚索、锚杆、单体及注浆等方式控制动压巷道变形。在修复原锚杆索支护体系后，利用桁架锚索对顶板补强，通过补打锚杆、钢筋梯子梁提高煤柱帮及采面帮支护强度，通过单体+Π型钢提升护表强度，采用注浆增强运输顺槽围岩稳定性，并提升支护体系与围岩耦合效果。现场应用后，3603运输顺槽顶底板、两帮最大移进量分别为170 mm、240 mm，围岩变形量整体较小，有效控制了动压影响巷道围岩变形。

参考文献

1 石 蒙，郭 瑞，韩 伟，等.综放工作面二次动压巷道围岩变形破坏与控制技术研究[J].能源与环保，2022（12）：50-56.

2 蔡福洋.动压巷道围岩变形规律及控制技术[J].中国矿山工程，2020（1）：38-41.

3 孟文庆.浅埋综放工作面迎采掘进沿空巷道围岩控制技术研究[D].淮南：安徽理工大学，2022：23-25.

4 张 博.小纪汗煤矿坚硬顶板工作面两次动压巷道围岩控制技术研究[D].徐州：中国矿业大学，2020：15-16.

5 高绪龙.特厚煤层综放开采邻空巷道围岩控制技术研究[J].中国煤炭，2016（10）：55-58.