深部礦井沿空掘進巷道支護技術探討

克 昭

（淮北礦業集團有限責任公司桃園煤礦 安徽 宿州 234116）

在動壓區留小煤柱沿空掘進可以有效的緩解煤礦接替緊張問題、提高資源回收率。而小煤柱沿空掘巷采用架棚支護時巷道失穩變形嚴重、后期二次維修量大、處理時間長等突出問題又制約了沿空掘進優勢的發揮。因此，有必要對小煤柱動壓沿空掘進巷道圍巖變形規律和控制技術進行研究。

1 工程概況

桃園煤礦Ⅱ1025工作面位于Ⅱ2采區南翼，上部為Ⅱ1023工作面采空區，該工作面于2011年3月中旬回采結束。由于采掘緊張，2011年5月Ⅱ1025工作面風巷開始掘進，此時Ⅱ1023工作面采空區圍巖尚未穩定。

Ⅱ1025風巷走向長約800m,沿空掘巷段580m，與Ⅱ1023機巷之間凈煤柱4m，巷道跟煤層頂板施工，標高為-617.2～-636.6m，平均煤厚為3.0m，平均煤層傾角為26°，老頂為4.4m厚的砂巖,灰色、細粒、斜層理、分選差，層理面含大量碳質；直接頂為4.26m厚的泥巖，深灰色、塊狀，含大量植物化石碎片，中部夾薄層炭質泥巖。直接底為0.52m厚的炭質泥巖，深灰色、層狀、含大量碳質；老底為2.54m厚的粉砂巖，深灰色、塊狀，局部含大量植物化石碎片（附圖1：Ⅱ1025工作面綜合柱狀圖）。

圖1 Ⅱ1025工作面綜合柱狀圖

2 Ⅱ1025風巷支護設計

在頂板穩定的情況下，采用“錨、網、帶+錨索”聯合支護；在三岔門等交岔點施工時，頂部施工錨索梁加密以加強支護。

風巷為斜梯形斷面，規格：凈寬×凈高（中高）=4000×2800mm，頂部與兩幫均采用GM22/2400-490型錨桿，錨桿間排距為800×800mm，每孔用兩卷Z2550型樹脂錨固劑錨固；錨桿要求與巷道輪廓線垂直，最小角度不得小于75°；錨桿托盤緊貼巖面、不得松動；錨桿絲外露長度10～40mm；頂錨桿初錨扭矩不小于300N.m，錨固力不小于80KN；幫錨桿初錨扭矩不小于200N.m，錨固力不小于60KN。

金屬網為采用直徑6mm鋼筋焊至的自連式網片，網格100×100mm，規格為2500×900mm或1700×900mm。鋼筋網之間連接牢固。

鋼帶型號GDM200/4.0，長度與巷道斷面相匹配，間排距800×800mm。

錨索型號為YMS17.8/8.0-1860，用1卷K2550型樹脂錨固劑配合3卷Z2550型樹脂錨固劑錨固，錨索每3.2m施工一排，每排兩根，均勻布置在巷道中心線兩側各1000mm的位置，錨索托板用鋼板制作，尺寸分別為300×300×10mm，每根錨索各使用一塊。

3 礦壓監測結果分析

為了驗證巷道支護方案的有效性，在Ⅱ1025風巷內采用“十字”布點法、對巷道變形狀況進行監測，其監測結果如圖所示：

圖2 Ⅱ1025風巷巷道收斂變化

分析此組監測斷面變形曲線可知：

由圖2可看出Ⅱ1025風巷掘進與回采229天期間巷道收斂變化，圖中前92天為巷道受掘進影響期，隨后逐步進入回采影響階段。掘進影響期兩幫變形最大累計達290mm，當工作面回采至測點越近時，巷道變形比較明顯，兩幫最大累計變形量達520mm。

原因分析:

3.1 Ⅱ1025風巷掘進與Ⅱ1023工作面停采的時間間隔過短。Ⅱ1023工作面里段停 采時間長，殘余支承壓力作用已經處于穩定期，工作面外段停采時間相對較短，殘余支承壓力仍處于未穩定期。從現場可以明顯看出，風巷外段的變形量較大，里段的變形量較小。

3.2 由于該地區部分存在厚1.5～4m厚的泥巖頂，采用2.4m的高強錨桿起不到有效的懸吊作用，原設計每3.2m施工一根錨索不足以懸吊起整個頂板，出現頂板和錨桿整體下沉，后錨索加密，改為每3.2m兩根錨索后，頂板下沉、斷裂得到顯著控制。

3.3 底板未進行治理，導致底板成為薄弱點，應力在此釋放，造成底鼓。

4 處理辦法探討

4.1 合理確定小煤柱寬度。采用理論計算與實踐經驗相結合的方法，確定小煤柱的最佳寬度，將巷道布置在應力降低區內。

4.2 適當加密錨索。利用錨索及時將下部圍巖懸吊與穩定的基巖中，形成整體，控制頂板下沉。

4.3 底板施工泄壓帶。在保證軌道順暢的基礎上，底板不再保持同一水平，而是有意的施工出一條溝槽，作為圍巖壓力的釋放點。

4.4 交叉點及破碎帶處注漿。利用注漿加固交岔點處的破碎圍巖，提高圍巖的自身承載能力，改善圍巖的結構，形成整體，為錨桿錨固提供了更好的生根基礎。

5 沿空掘巷圍巖變形規律分析

通過現場實踐和理論分析研究，得出圍巖變形破壞的類型主要有以下幾種：

5.1 小煤柱側頂板下沉。受Ⅱ1023工作面采空區未穩定的動壓及巷道本身掘進擾動和本工作面回采動壓影響，小煤柱內應力集中，破壞程度較高，從而使巷道頂板的承載能力降低，進而導致頂板向煤柱側采空區下沉破壞。

5.2 頂板掘進前已破壞。回采工作面頂板的冒落將造成應力卸載區內的頂板出現離層與斷裂,離層、斷裂后的巖體承載能力大大降低。

5.3 兩幫變形破壞。小煤柱受多重動壓影響產生較大復合應力，承載能力降低，使得支承壓力大量轉移至實體煤幫。實體煤幫因極大的應力產生變形、破壞，使頂板向實體煤側發生傾斜、下沉、破壞。

5.4 底板鼓起。在頂板與兩幫均進行有效支護的情況下，未支護的底板巖層成為了圍巖控制的薄弱點，圍巖壓力在此釋放，從而導致巷道發生底鼓。

由上述分析可知，圍巖作為一個整體，其變形和破壞是各組成部分相互作用、相互影響的綜合結果。保持圍巖本身的穩定是沿空掘巷圍巖控制技術的根本。

6 結論

6.1 以桃園煤礦深井高應力小煤柱沿空巷道Ⅱ1025風巷支護為背景，設計了“錨、網、帶+錨索”聯合支護形式，通過井下實踐表明，支護方案有效的控制了巷道圍巖的變形，滿足了生產需要，解決了支護難題，為類似巷道提供了成功的施工經驗。

6.2 沿空巷道圍巖變形是圍巖各組成部分相互作用的結果。“錨、網、帶+錨索”聯合支護形式能夠有效控制錨固區內的變形和破壞，保持頂板及兩幫的完整性，形成穩定的承載基礎，充分發揮錨桿（錨索）支護方式的主動作用。

6.3 施工過程中應密切關注現場，根據反饋及時修改、優化支護設計，確保巷道能夠高效、安全施工并滿足生產需要。