高應力軟巖回采巷道沿空掘巷技術研究及應用

孟俊杰

高應力軟巖回采巷道沿空掘巷技術研究及應用

孟俊杰

(山西焦煤汾西礦業集團紫金煤業，山西 靈石 031300)

紫金煤業1203工作面回采巷道采用沿空掘巷布置方式，由于巷道處于高地應力區域，且巷道圍巖松軟破碎，再加上巷道原來支護設計不合理，使得巷道變形破壞現象嚴重，維護困難，嚴重地影響工作面的回采。根據1203工作面的生產地質條件，重新設計巷道支護方案及支護參數，采用“錨網梁+錨索+卸壓”的綜合技術措施對1203工作面回采巷道重新支護后，巷道變形量小，圍巖穩定，新的支護起到了控頂固幫作用，為工作面的安全高效回采起到了保證作用，大幅地減小了巷道維修量，保障了井下的正常采掘接替，帶來了巨大的社會經濟效益。

巷道支護;高應力軟巖回采巷道;沿空掘巷

隨著煤炭開采深度的增加，煤炭開采逐漸深部化，高應力軟巖巷道不斷涌現，已經成為研究的熱點問題之一。在淺部應力狀態下表現為硬巖特征的巖石，在深部高應力狀態下往往表現為大變形、難支護的軟巖特征，給煤礦生產中的巷道圍巖控制增加了難度［1－2］。另外，隨著煤礦開采機械化程度的提高，礦井產量和開采深度的加大，對煤炭采出率和回采巷道支護技術要求越來越高，傳統的留設較寬的區段煤柱護巷的布置方式已不能滿足要求。留窄煤柱沿空掘巷是提高煤炭采出率的有效方法之一。目前，我國煤礦高應力軟巖巷道占巷道比重大幅增加，在這種情況下為提高煤炭采出率而采用沿空掘巷［3－5］。但目前關于高應力軟巖回采巷道沿空掘巷技術的研究較為薄弱，本文以紫金煤業1203工作面為背景，提出關于高應力軟巖回采巷道沿空掘巷的一些新技術。

1 工程概況

紫金煤業1203工作面總體構造為背斜構造。軸大至由東傾向西，巖層傾角6°～14°。原巖應力現場實測表明，地應力以水平應力為主(東西方向)，而非垂直應力為主，水平應力的方向為43°～95°，影響巷道的穩定性主要為水平應力。方向呈正交關系的最大水平主應力分量σhmax和最小水平主應力分量σhmin在量值上通常相差較大，這使得水平應力對巷道頂、底板影響具有明顯的方向性。又由于煤巖體力學強度低，松軟破碎，加上原來支護設計方案不合理，使得巷道變形破壞現象比較嚴重，維護十分困難，嚴重影響著煤礦的安全生產和社會經濟效益。因此，支護改革具有重要意義。

1203工作面回采巷道采用沿空掘巷布置方式。1203工作面地面標高1 007～1 204.17 m，工作面標高678～790 m，工作面開采 2#煤層，厚度 1.55 ～3.4 m，平均2.19 m，屬中厚煤層，2#煤層結構簡單，含1～2層夾矸。2#煤層頂板為泥巖、粉砂巖、層理節理發育，底板為細砂巖、粉砂巖及泥巖。工作面運輸巷長1 185 m，材料巷長1 145 m，巷道斷面都是采用梯形斷面，其中運輸巷凈寬3.8 m，掘進斷面寬4.0 m，凈高2.6 m，掘進斷面高 2.8 m;材料巷凈寬 3.8 m，掘進斷面寬 4.0 m，凈高 2.3 m，掘進斷面高 2.5 m;切眼凈寬5.8 m，掘進斷面寬 6.0 m，凈高 2.2 m，掘進斷面高2.4 m;材料聯絡巷凈寬2.8 m，掘進斷面寬3.0 m，凈高 2.0 m，掘進斷面高2.2 m。

2 原支護方案

原設計頂板錨桿為d20 mm×2 000 mm的螺紋鋼錨桿，間排距為760 mm×800 mm，巷中布置2根錨索，間排距為2 000 mm×2 400 mm;兩幫采用 d16 mm×1 600 mm的螺紋鋼錨桿，右幫間距為600 mm，左幫間距為800 mm，排距800 mm，金屬網規格為1 000 mm×9 000 mm菱形鐵絲網，如圖1所示。

圖1 1203工作面順槽支護斷面圖

按照原設計斷面施工一段巷道后，發現巷道變形嚴重，頂板破碎下沉，兩幫嚴重內擠，且底鼓嚴重。為此，急需進行支護改革。

3 支護原則與支護對策

對于巖性較差的煤(巖)巷道，在對頂板和兩幫進行支護的同時，加強底板治理，積極防治底鼓。采取有效的主動支護方式，充分發揮圍巖的自承載能力，提高支護結構的承載力和適應性，結構要有足夠的承載能力，保證靜動壓下的穩定，不需再次進行修復加固［6－8］;另一方面，要允許圍巖的高應力得到釋放，因此，應采取卸壓措施和二次支護的方式保證巷道的長期穩定;此外，不能忽視綜合治理，如加強對水的治理，防止圍巖遇水膨脹，盡量改善巷道圍巖的物理力學性能［9－10］。

根據巷道變形破壞特點及原因分析，為確保巷道圍巖的穩定性，擬采取以下支護對策：1)釋放高應力：設計卸壓孔及預留圍巖收斂變形量;2)優化支護設計參數：如錨桿加長，間排距適當加大，墊板厚度增加等;3)確保施工質量和加強圍巖變形監測［11－13］。

4 “錨網梁索”聯合支護技術方案

巷道斷面成形后，頂部與兩幫及時鋪設金屬網，同時，頂板使用鋼筋梯，安裝錨桿，形成錨網支護結構。支護參數如下(“錨網梁索”聯合支護結構見圖2，圖3)。

頂板錨桿：錨桿規格d20 mm×2 400 mm，采用單向左旋無縱筋螺紋鋼制作，錨桿的間排距為900 mm×1 000 mm，錨桿孔徑為d29 mm，2卷樹脂藥卷端錨，CK2350和K2350各1卷，錨固長度不小于800 mm，錨固力不小于100 kN。

兩幫錨桿：采用單向左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，規格為d18 mm×2 000 mm，錨桿的間排距為800 mm×1 000 mm，錨桿孔徑為d29 mm，2卷樹脂藥卷端錨，錨固長度大于800 mm，錨固力不小于80 kN。

錨索：d15.24 mm ×6 500 mm，排距為2 000 mm，錨固長度不小于1 500 mm，錨固力不小于260 kN。

錨桿托盤：托盤采用8 mm×130 mm×130 mm的Q235金屬托盤(或采用原方案托盤)。

錨索托盤：用廢舊工字鋼切割制成。

鋼筋梯：鋼筋梯采用d16 mm的鋼筋焊接而成，長分別為3 800 mm(頂板)，2 200 mm(下幫)和3 200 mm(上幫)，外寬100 mm，中間焊接短肋間距與錨桿間距一致900 mm。

金屬網：頂金屬網規格為4.0 m×1.0 m，兩幫規格為4.0 m×1.0 m，采用10#鉛絲編織的菱形金屬網，網格為50 mm×50 mm。

5 鉆孔卸壓置方案

為了使圍巖高應力得到釋放，結合上述計算結果，在巷道兩幫部均勻布置2～3排卸壓孔，卸壓孔深度為5 m，直徑d45 mm，排距800 m，布置于兩排錨桿之間，如圖4所示。

為了掌握1203工作面的材料巷和運輸巷變形規律及支護方式的效果，對巷道進行了變形測定，測點布置如圖5所示，觀測結果如圖6所示。

6 支護效果分析

從圖6表面位移監測結果表明，采用“錨網梁+錨索+卸壓”的綜合技術措施對1203工作面回采巷道進行支護后，其圍巖變形量較小，頂板下沉量都在20～60 mm范圍內，兩幫變形量在80 mm以內，部分斷面兩幫收斂達110 mm，但未發生明顯的變形失穩現象，基本維持了巷道的穩定，取得了預期的效果。

圖6 測點變形圖

7 結論

高應力軟巖沿空掘巷巷道支護問題，需首先確定合理的煤柱寬度，在此基礎上通過：

1)設計卸壓孔及預留圍巖收斂變形量釋放高應力;

2)加長錨桿長度、改進錨桿(索)間排和增加墊板厚度等優化支護參數和結構;

3)關鍵部位加強支護;

4)增設底角錨桿、幫角錨桿增加支護的整體性等支護技術，可以有效維護該類巷道的穩定。

上述方法在紫金煤業1203工作面高應力軟巖沿空掘巷中應用后，施工完畢1～2個月時間內試驗段巷道并未發生明顯的變形及裂縫、斷裂現象，有效地保證了巷道的穩定性，為工作面的安全高效回采提供了有力的保障作用。

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Research and Application of Gob－Side Entry Driving in High Stress and Soft Rock Mining Gateway

Meng Jun－jie

Gob－side entry driving in mining gateway of 1203 working face in Zijin coal mine.Roadway deformation damage is serious and difficult to maintain because roadway is at high stress areas，and the soft surrounding rock is crushing，together with the original tunnel support design is unreasonable.It is a serious impact on recovery of the face.According to production geological conditions of 1203 working face redesign the roadway support plan and support parameters.After use the“wire meshes beam and anchor cable and pressure relief”comprehensive technical measures in roadway supporting of 1203 working face，roadway deformation is small and surrounding rock is steady.The new retaining play a role in controlling the stability of surrounding rock.It plays a good role to ensure the working face safely and efficiently mining.It dramatically reduces the amount of roadway maintenance，and guarantees normal replacement of underground mining，and brings great social and economic benefits.

Roadway support;High stressed and soft rock mining gateway;Gob－side entry driving

TD353

A

1672－0652(2012)04－0010－04

2012－02－13

孟俊杰(1985—)，男，山西靈石人，2008年畢業于中國礦業大學，助理工程師，主要從事煤礦綜采工作(E －mail)mengjunjie_2006@163.com