深部开采复合顶板巷道围岩支护技术研究

摘要：为研究深部开采复合顶板巷道围岩支护技术，以火烧铺矿260303轨道巷为工程背景，分析复合顶板巷道破坏原因，提出深部开采复合顶板巷道围岩支护技术方案。结果表明：通过优化断面形式联合锚索-长短锚杆耦合支护的多级围岩支护方案，可提高巷道断面承载强度及锚杆索的联合支护作用，现场监测顶板下沉量仅为48 mm，两帮移近量稳定为34 mm，表明围岩控制效果较好，能够保证工作面安全生产。

关键词：深部开采；复合顶板；巷道围岩；支护技术；联合支护

中图分类号：TD353 文献标识码：A 文章编号：1008-9500（2024）07-00-03

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2024.07.022

Research on Perimeter Rock Support Technology of Composite Roof Slab Roadway in Deep Mining

YANG Erlei

（Huoshaopu Mine， Guizhou Panjiang Refined Coal Company Limited， Liupanshui 553539， China）

Abstract： In order to study the perimeter rock support technology of deep mining composite roof roadway， taking the 260303 track roadway in Huoshaopu Mine as the engineering background， analyzing the reasons for the damage of composite roof roadway， and proposing the perimeter rock support technology scheme of deep mining composite roof roadway. The results show that： by optimizing the section form of joint anchor cable - long and short anchor coupling support multi-stage perimeter rock support program， can improve the section bearing strength and the joint support of anchor cable， field monitoring of the roof sinking amount is only 48 mm， the two gangs move in the amount of 34 mm， indicating that the effect of perimeter rock control is better， and can ensure the safety of the working face production.

Keywords： deep mining; composite roof plate; roadway perimeter rock; support technology; joint support

煤层受形成环境影响，深部煤层岩石特性与应力环境较浅部有较大差别，特别是在地质条件更为复杂的深部区域，多存在复杂的复合顶板。顶板的各岩层之间岩性差异较大，受采动影响，其间连接关系变弱，极易发生不协调变形，产生明显离层甚至冒顶等变形灾害[1]。针对复合顶板的支护问题，专家学者进行大量研究，提出采用“全断面短锚索+钢筋梁”、长短锚索耦合注浆、全断面高预紧力锚索等多种支护方式，工程应用也取得一定成果。结合以往研究成果，以火烧铺矿深部260303轨道巷为研究背景，采用理论分析、现场观测等手段开展研究，提出一种适用于深部开采复合顶板巷道的围岩支护技术，为实现矿山安全生产提供了科研指导[2]。

1 工程概况

1.1 地质概况

260303轨道巷井下标高为1 574.3～1 501.8 m，平均埋深为488.5 m，工作面走向长为538.8 m，倾向长为148.5 m，煤厚度平均值为2.2 m，倾角为29°。顶板结构复杂，伪顶为0.7 m薄层泥岩，直接顶为4 m粉砂岩，老顶为6 m粗、中砂岩，直接底为泥岩，厚度为1.3 m。巷道掘进揭露交叉小断层F2、F3，巷道平面布置如图1所示。

1.2 巷道原支护设计

260303轨道巷断面宽为5 m、高为3 m，顶板支护采用12#钢筋焊接，间排距为1 000 mm×1 000 mm，顶锚杆采用直径为20 mm、长度为2 000 mm的左旋螺纹高强锚杆，顶网采用1.15 m×1.60 m钢筋网，扭矩要求不低于280 N·m。两帮锚杆采用“三、三”布置方式，间排距为1 050 mm×1 000 mm，采用直径为20 mm、长度为2 000 mm的左旋螺纹高强锚杆，扭矩要求不低于280 N·m，如图2所示。

2 深部复合顶板巷道破坏原因分析

巷道的复合顶板是由多种岩性的岩层通过弱黏结压合组成的多层复合顶板，在开采过程中受采动影响，极易破坏复合顶板的稳定状态。通过现场调查，260303轨道巷发生变形破坏的主要原因如下。

一是巷道围岩岩石性质差，强度较低。260303轨道巷埋深为488.5 m，煤层自身节理、层理发育，煤层上方为薄层泥岩、粉砂岩等软岩顶板，粗砂岩、中粒砂岩等硬质顶板夹杂其中，形成多层软硬互夹的复合顶板。该类型顶板胶普通顶板整体性刚度不足、协调性差，导致复合顶板整体强度较低[3]。

二是应力环境复杂，挤压破坏现象明显。煤层位于山区，受造山作用影响，260303轨道巷应力环境较为恶劣。受高应力影响，矩形巷道顶板极易发生下向弯曲，但复合顶板各层岩性大不相同，在受力过程中变形表现形式差别较大，软弱岩层受挤压发生弯曲变形甚至破碎，硬质顶板抗挤压能力强，不易变形。

三是巷道断面形状不适用于复合顶板。260303轨道巷采用矩形断面，受开挖影响，巷帮煤体易发生较明显的剪切破坏，导致在承压过程中塑性区、松动圈范围不断扩大，实体煤帮对于顶板的支承作用明显减弱，难以对复合顶板提供有效的支撑。

四是支护形式单一，支护力不足。受巷道断面限制，原支护设计以高强螺纹钢锚杆主动支护为主，设计时仅考虑巷道塑性变形范围，发挥锚杆的组合梁作用，但对复合顶板深度、煤巷强度预计不足，支护形式单一，未有效发挥锚杆的支护作用，使巷道围岩形成一个有效承载体，导致最终复合顶板发生弯曲下沉和离层破坏，围岩主动支护控制效果不佳[4]。

3 深部复合顶板巷道围岩控制技术

分析深部复合顶板巷道的破坏原因，针对260303轨道巷提出了优化断面形式联合锚索-长短锚杆耦合支护的多级围岩支护方案。

一方面，考虑采矿地质环境、煤岩物理力学性质、围岩完整性等因素，将原设计矩形巷道优化为半圆拱形巷道，以期改变巷道形状，提高巷道断面承载强度。优化为半圆形巷道后，改善了直壁巷帮受采动影响易发生较明显的剪切破坏的情况。取消受力不均的上隅角区域，将顶板由板状改为半圆形，进一步增加巷道的稳定性。

另一方面，针对复合顶板整体性刚度不足、协调性差的问题，提出了锚索-长锚杆耦合支护加固的顶板支护方案。利用锚索的悬吊与挤压加固作用，将复合顶板与长距离的坚固覆岩结合起来，形成较为有效的压缩应力拱，同时利用长锚索的挤压加固与组合梁作用，形成巷道顶板压缩梁，加强复合顶板各岩层间黏结力，提高协调性，进一步加强岩梁刚度。两帮锚杆同样采用“三、三”布置方式，但帮肩锚杆、帮脚锚杆与帮腰锚杆成一定夹角分布，充分发挥短锚杆的挤压加固作用[5]。

支护方案为顶锚杆采用直径为20 mm，长度为2 500 mm左旋螺纹高强锚杆，间排距为1 600 mm×1 000 mm，顶网采用1.15 m×1.60 m钢筋网，扭矩要求不低于280 N·m，垂直顶板岩壁布置。顶锚索均采用直径为19.8 mm，长度为6 300 mm钢绞线锚索，间距为1 600 mm，排距为2 000 mm，扭矩要求不低于180 N·m，垂直顶板岩壁布置。帮锚杆“三、三”布置，间排距为800 mm×1 000 mm，采用直径为20 mm、长度为2 000 mm的左旋螺纹高强锚杆，扭矩要求不低于200 N·m。优化断面形式联合锚索-长短锚杆耦合支护具体布置方案如图3所示[6]。

4 现场实施效果观测

为进一步观测260303轨道巷开展支护优化后的效果，对施工后的巷道顶板和两帮开展了长期变形监测，结果如图4所示。通过监测结果发现，顶板下沉量仅为48 mm，两帮移近量稳定为34 mm。由此表明，使用优化支护设计的巷道围岩变形控制较好，能够达到安全生产要求。

5 结论

分析260303轨道巷复合顶板破坏原因，主要包括4点：一是巷道围岩岩石性质差，强度较低；二是应力环境复杂，挤压破坏现象明显；三是巷道断面形状不适用于复合顶板；四是支护形式单一，支护力不足等。针对破坏原因，提出使用优化断面形式联合锚索-长短锚杆耦合支护的多级围岩支护方案控制260303轨道巷围岩，通过现场监测验证了该方案的可靠性。

参考文献

1 郭罡业，郭 玉.软弱煤岩复合顶板巷道围岩控制技术研究[J].能源与环保，2023（12）：48-55.

2 李中伟.复合顶板应力集中区巷道围岩控制技术研究[J].煤炭工程，2020（12）：38-41.

3 宋鹏飞.寺河煤矿复合顶板巷道支护技术研究与应用[J].山西能源学院学报，2024（1）：23-25.

4 董贵鹏，徐海芸.西掌矿15103运输配巷复合顶板支护优化研究[J].煤，2023（11）：28-32.

5 高凤伟.高应力软岩复合顶板回采巷道全锚索支护技术研究[J].煤炭工程，2021（8）：56-60.

6 白 杰，刘爱卿.复合顶板强烈动压巷道全锚索支护技术研究[J].煤炭技术，2018（11）：

30-32.