急傾斜煤層重復采動沿空軟巖巷道不同支護條件下穩定性分析與研究

康　虹　胡尚斌　劉新洋　陳　建

（四川廣旺能源發展有限責任公司趙家壩煤礦，四川廣元　628206）

急傾斜煤層重復采動沿空軟巖巷道不同支護條件下穩定性分析與研究

康虹胡尚斌劉新洋陳建

（四川廣旺能源發展有限責任公司趙家壩煤礦，四川廣元628206）

四川廣旺集團有限責任公司趙家壩煤礦礦井地質條件復雜，不但開采的煤層傾角大（平均傾角在55°以上），而且煤層距離近。本文介紹急傾斜煤層重復采動沿空軟巖巷道在不同支護條件下的變形破壞特征，采用有限分法計算程序FLAC4.0進行數值模擬分析，結合分析結果得出巷道最優支護方案，解決急傾斜煤層重復采動沿空軟巖巷道支護難題。

急傾斜煤層沿空軟巖巷道不同支護穩定性分析

四川廣旺集團有限責任公司趙家壩煤礦目前有8#、9#、10#、11#、12#五層煤可采，其中9#煤層回采巷道在開掘過程中巷道變形破壞嚴重，部分區域頂底板移近量接近1m左右，兩幫煤巖體松散破碎。加之采用沿空留巷的方式進行采面布置，即上一區段工作面的運輸平巷留作下一區段工作面的回風平巷，沿煤層布置的回采巷道至少要受到兩次采面回采的影響，巷道穩定性維護極其困難，嚴重影響正常生產，巷道支護難度大，必須需求新的支護方案以解決巷道支護難題。

1　原主要支護方式及巷道穩定性

采取的支護方式有工字鋼架梁支護和錨網支護，隨著應力的顯現巷道首先從底板開始變形，出現底臌，繼而引起幫腳失穩，最后導致頂板下沉；同時巷道出現應力顯現時發生錨桿錨索受到剪切失效，巷道幫頂出現較大變形。

2　單純錨桿支護巷道變形破壞分析

通過數值模擬分析，單純錨桿支護后，巷道周邊水平應力釋放范圍明顯減少，但相對錨索支護而言，效果不如錨索支護，兩幫低應力范圍減小幅度較未支護時大，底板影響范圍變化不大；巷道圍巖垂直應力（圖1所示）亦有所增大，且可以看出，右幫上部位置應力值明顯增加，大部分錨桿均錨固在零應力值范圍之外，這說明錨桿對提高巷道淺部圍巖應力、形成承載結構起到關鍵作用。單純錨桿支護下，位移雖有所減小，但減小幅度與單純錨索支護時相似，對巷道變形的控制不明顯，這主要是由于錨桿支護所形成的結構未能得到錨索等的輔助支護，即錨桿形成的小承載拱結構與錨索形成的更大更深層次的大結構未能形成耦合，從而不能達到理想的支護效果。

圖1　位移矢量特征

圖2　水平應力云圖

3　單純錨索支護巷道變形破壞分析

通過數值模擬分析可以看出單純錨索支護后，巷道周邊水平應力釋放范圍明顯減少，特別是左幫位置低應力影響范圍較未支護時有所減小，底板低應力影響范圍變化不大；巷道圍巖垂直應力值亦有所增大，但增大幅度不明顯（圖2所示）。

錨索起到將巷道表面圍巖錨固到深部巖體的作用，可以看出，在錨索托盤范圍內的圍巖位移明顯減小，而在巷道其他部未被錨固的巖石位移較大，部分地方甚至大于未支護時巷道的變形，這主要是由于錨索在破碎圍巖環境的主要起到懸吊作用，即將巷道附近巖體懸吊或固定在該錨索的控制范圍內，保證巷道附近結構的穩定性，但是，由于巷道附近小范圍未形成結構，所以錨索的作用就沒得到明顯的發揮，從而導致了巷道的變形破壞。

圖3　水平應力云圖

4　錨桿+錨索+W鋼帶聯合支護巷道穩定性分析

通過數值模擬分析可以看出錨桿+錨索+W鋼帶支護后，巷道圍巖應力明顯增大，且兩幫和底板的低水平應力影響范圍減小，同時，深部圍巖水平應力也明顯的增大（圖3所示）；垂直應力變化特征更為明顯，聯合支護后，錨桿在錨索的輔助支護下，在巷道的圍巖中形成了高應力（4MPa）似拱結構，說明錨桿+錨索+鋼帶的多介質耦合支護起到了明顯的加固作用，其中鋼帶對巷道表面破碎圍巖進行加固，形成淺部結構，錨桿對中部圍巖進行加固，形成小承載拱結構，錨索將錨桿、鋼帶等形成的結構懸吊于深層次的穩定巖層中，形成“大結構”，從而保證了巷道穩定性。

5　結語

（1）根據巷道數值模擬分析，同時結合現場松動圈測試和以往實踐經驗，得出9#煤層回采巷道采用錨索+強力錨桿（與強力W鋼帶配合）+網+噴漿柔性支護方式可解決巷道支護難題，通過數值模擬分析不難看出錨索在圍巖中形成“外承載圈”，起到懸吊作用，轉移與改善巷道附近圍巖應力分布狀態，另錨桿配合強力W鋼帶、網和高強度托板，通過把分散的多根錨桿連接起來形成一個整體承載結構，形成“內支護圈”（內承載結構），承擔“外支護圈之內圍巖壓力”，噴漿形成封閉層，防止巷道表面圍巖風化與松動掉落，保持錨索與錨桿支護效能。（2）加強錨網支護的強度，采用加大錨索、錨桿的規格，W鋼帶、錨網支護后噴漿，頂板破碎處注漿等措施。

［1］楊科，羅勇.急斜煤層煤巷錨梁網支護技術［J］.礦山壓力與頂板管理，2005（4）.

［2］董伯林.太平礦急傾斜煤層回采巷道破壞機理與支護研究［D］.西安科技大學，2006（9）.

［3］董方庭.巷道圍巖松動圈支護理論及應用技術［M］.北京：煤炭工業出版社，2001.

康虹（1975—），男，四川蓬溪人，大學，采礦助理工程師，生產技術科主任工程師，現主要從事急傾斜薄煤層開采與急傾斜煤層軟巖巷道掘進、支護方面的管理和研究工作。