深部礦井跨采上山高強穩定型支護技術探討

朱慎強

（淮北礦業集團公司 桃園煤礦，安徽 宿州234116）

淮北礦業集團公司桃園煤礦座落在安徽省宿州市南北楊寨鄉境內, 礦井于1995 年11 月份正式投產,1996 年即達到90 萬t 的設計生產能力,礦井主采煤層有52 煤、72 煤、82 煤和10 煤4 層,按兩個水平7 個采區布置開采。 由于對跨采工作面回采影響范圍內的巷道破壞大。目前，由于動壓影響下的巷道支護難題沒有從根本上得到解決，動壓影響巷道大量變形破壞。 為解決這一難題,從而保證了工作面回采后大巷的安全使用，提出深部礦井跨采上山高強穩定型支護技術。

1 桃園煤礦跨采上山巷道支護存在的問題

桃園礦Ⅱ4 采區軌道上山位于煤層底板，距煤層7m～30m，上部煤層開采過程中，底板巷道一般都受到強烈的采動影響，工作面回采后，Ⅱ4 采區軌道上山將遭到嚴重破壞，甚至無法繼續使用，巷道維護難度極大，類似巷道經常3～6 個月修復一次，因此迫切需要解決跨上山開采的巷道支護技術難題。

2 深部礦井跨采上山支護狀況

通過已有的工程實踐表明，許多情況下，現有巷道圍巖控制技術仍不能有效地控制高應力軟巖巷道的強烈變形，其原因主要有三個方面：

1）現有支護技術大多不注重對承載結構性能的分析，在圍巖表面或在圍巖淺部形成的承載結構往往在結構上不穩定，難以控制圍巖的強烈變形。無論是棚式被動支護，還是錨網索注等主動支護，現有支護都是在圍巖表面或在圍巖淺部形成具有自穩能力的承載結構，而且大多可以歸結為梁結構和拱結構。 控制高應力軟巖巷道圍巖的強烈變形，要看在特定的圍巖條件下，承載結構能否可靠形成，承載結構結構上是否穩定。

2）在進行高應力軟巖巷道支護時，現有支護技術不能及時根據巷道圍巖條件的變化，采用合理的支護技術，往往存在很大的盲目性。高應力軟巖巷道圍巖從穩定到不穩定，采動條件從不受開采影響到支承壓力疊加作用，巷道斷面從5～6m2到10～12m2等等，由此引起的礦壓顯現十分懸殊，但不少煤礦的支護方式和支護參數卻變化不大，現有巷道支護技術很難適應高應力軟巖巷道圍巖大變形。如果采用某種單一的支護方式，要么造成巷道圍巖變形難以控制，要么造成巷道支護成本居高不下。

3）對高應力軟巖巷道的支護和維護對策研究不夠。不少煤礦往往在某種支護方式失效后，改用另一種支護方式，結果不僅兩種支護方式的支護性能都難以發揮，巷道支護成本居高不下，而且巷道支護效果很差，嚴重影響煤礦的安全生產。

3 跨采上山高強穩定型支護技術

國內外在高應力軟巖巷道圍巖控制機理及技術方面進行了大量的研究工作。已有研究結果表明，圍巖愈松軟，支護阻力控制圍巖變形的作用愈大，控制高應力軟巖巷道圍巖變形，支護應具備高阻可縮特性，并開發了相應的圍巖控制技術，如高阻可縮U 型鋼壁后充填技術、新型錨注支護技術、高強預應力錨桿支護技術等。 這些支護理論及技術的研究，極大地促進了高應力軟巖巷道支護問題的解決。

高阻可縮U 型鋼棚支護在高應力軟巖巷道中大量使用。已有研究結果表明，U 型鋼壁后充填可使支架整體承載， 實現圍巖-充填體-支護結構三者共同承載的力學體系，大幅度提高支架工作阻力，發揮圍巖的自承能力。 進一步研究結果表明，由于巷道周邊圍巖的破裂和極不均勻變形，U 型鋼壁后充填后，支架仍承受不均勻載荷作用，但支架由局部承載變為整體承載，大大提高了支架整體的結構穩定性。（如圖1）

在高應力軟巖巷道中，錨網支護難以形成穩定的承載結構，由此導致的頂板事故時有發生。高阻可縮U 型鋼棚易于形成良好的承載結構，可提供較高的支護阻力，對破碎圍巖的護表效果好，但其承載性能不適應高應力軟巖巷道的移動變形特點，支架結構上易失穩，而且惡劣的支護圍巖關系會大大降低支架的整體承載能力。因此應根據結構的失穩類型采取相應的結構補償措施， 以提高支護結構的整體穩定性，發揮和提高支架的整體承載能力。

對于高應力軟巖巷道，將多種不同性能的單一支護耦合為統一的支護體系，保證支護—圍巖以及不同支護間的協同作用，充分發揮各種支護的優越性能，保證整個支護—圍巖結構的穩定性，最終達到有效控制高應力軟巖巷道變形的目的。耦合支護的關鍵是如何將不同性能的單一支護耦合為一個整體， 它不同于以往的復合支護或聯合支護，如棚—注—索耦合支護中通過耦合裝置將錨索與U 型鋼棚耦合為一體，通過合理布置錨索及其耦合裝置，可以顯著改善支架各部位承載性能的巨大差別，同時棚式支護的良好護表性能發揮了錨索支護有效控制圍巖變形的能力，使整個支護體系的承載性能與圍巖的變形特征相適應，形成本質上安全、支護阻力大、結構穩定的支護-圍巖承載結構。

4 結論

1）揭示了動壓影響下底板巷道的變形破壞機理，創造性提出了支護承載結構補償原理及其機制，能夠有效地控制動壓影響巷道的圍巖變形。

2）動壓影響巷道的支護難題是礦區需要很好解決的支護難題之一解決不同圍巖條件下動壓影響巷道的支護難題，經濟效益顯著，有利于礦井實現安全高效生產。

3）解決不同圍巖條件下動壓影響巷道的支護難題，可以從整體上把握巷道合理支護技術，對較好地解決巷道支護難題具有積極的指導意義。