巷道承壓收斂實測分析與支護參數優化

閆蹬杭

（黃陵礦業有限公司一號煤礦，陜西 延安 727307）

黃陵一號煤礦回采工作面的308輔運巷被視作上一個工作面的安裝準備巷，該輔運巷在經過回采作業后，巷道通常會發生嚴重底鼓，巷道中下幫部也易出現大幅收斂現象，大量的支護失效，嚴重影響后期使用。因此，要想找到更科學、更合理的巷道支護方案，必須對實際情況進行深入分析。為此，通過深入觀測308輔運巷圍巖破壞變形情況，基于相關理論分析，確定了“錨桿、錨索4-3、3-4”+T140鋼帶托梁的聯合支護方案，實現了理想的支護效果。

1 工程概況

黃陵一號煤礦的308輔運巷布置在2#煤層中，位于+900m水平，總埋深為120～460m之間。2#煤內生裂隙較多，發育較明顯。巷道頂板圍巖主要為9～12.65m的淡灰色粉砂巖，直接底為粉砂巖與薄層狀泥巖為主，相對較松軟。

2 巷道變形機理分析

對于軟巖巷道支護而言，可把巷道頂板、巷幫以及底板圍巖視作有機統一平衡體系，各自的破壞情況會影響到整體支護效果，任一區域出現變形破壞，都可能借助應力或應變的傳遞方式對相鄰區域造成影響。

在巷道支護作業中，自穩隱形拱是巷道穩定的界面，以此界面將頂部垂直應力轉向巷道兩幫。改變巷道頂角形狀或在頂板適當位置加裝預應力錨桿可以降低自穩隱形拱的高度，取得較好的支護效果。同時，巷道頂板載荷也會通過兩幫圍巖傳至兩幫底角圍巖，兩幫底角圍巖實際受力相對較大。若巷道兩幫與底角圍巖都沒有足夠的橫向支撐力，逐步擠向巷道內部，會使巷道斷面縮小，造成巷道底板出現鼓起現象。巷道底板強度降低后，巷道的零位移點以及零應變點都會逐步向底板深部移動，且隨巷道圍巖強度的降低，巷道底板底鼓量會越大。對此，在支護中不能單獨強調某一個部位的支護，而應該注重支護的整體性，依靠合理的支護體系達到理想支護效果。

3 原支護方案分析

3.1 原支護方案及其支護效果

308工作面輔運巷原支護方案：頂板采用錨桿+錨索梁+塑鋼網聯合支護，Ф20×2100mm金屬錨桿，每孔350mm樹脂3節，托盤尺寸150×150×10mm， 間 排 距800×800mm，“六--六”矩形布置；錨索梁采用16#槽鋼加工，梁長4200mm，排距1600mm，一梁四索，采用Ф17.8×8300mm鋼絞線，錨深8000mm，每孔700mm樹脂3節；頂、幫部掛塑鋼網，網孔50×55mm。幫錨桿間排距700×1000mm，“四--四”矩形布置，每根錨桿配1塊350×200×50mm木托板。

圖1 308工作面輔運巷原巷道支護設計圖

在日常回采期間，上述支護方案基本滿足需求，因受臨近工作面回采應力的影響，巷道圍巖便出現嚴重破壞，錨桿的螺母以及托盤易出現拉裂破壞，同時壓彎錨索梁，鎖具壓脫等。

3.2 原支護方案后期圍巖破壞情況分析

3.2.1 頂板實際支護狀況分析308工作面輔運巷偽頂相對較厚，與直接頂相比更軟弱、易破碎，錨桿支護系統的錨固端很難達到直接頂部，這樣在支護加固系統缺乏足夠的強度，頂板來壓后，巷道偽頂易破碎，錨桿錨固結構失效，錨索支護喪失有效著力點，頂板出現垮落、下沉現象。巷道局部頂板易出現下沉及垮落現象，具體如圖2所示。

圖2 308工作面輔運巷局部頂板下沉、垮落現象

3.2.2 幫部支護與底鼓情況分析

如圖3中所示，因308工作面輔運巷煤幫支護強度相對較弱，采用的塑鋼網通常很難對錨桿間煤體出現的位移進行及時有效控制，且回采工作面一側支護為玻璃鋼錨桿與木托盤支護，這種支護很難應對剪切位移，很多錨桿易出現破斷失效現象。兩幫也易出現嚴重破壞，特別是采煤側易出現幫部破碎現象，加之巷道底板屬于支護體系下圍巖僅有的自由面，受圍巖壓力影響底板便易出現底鼓變形。

圖3 308工作面輔運巷幫部與底部圍巖變形情況

綜上分析，原支護方案所用的支護材料強度偏小、頂幫支護強度偏低是引發后期巷道破壞的主要原因，一次回采壓力作用于巷道圍巖后，支護體系易出現破壞，引發巷道圍巖發生嚴重破壞現象。

4 支護方案改進

4.1 巷道圍巖松動圈實測

在308工作面輔運巷實測了巷道松動圍巖的范圍，在此次測量中，應用了較先進的光學電值法，獲得了巷道圍巖松動方位實測數據，如表1所示。

表1 巷道圍巖松動方位實測數據表

數據分析可知，回采巷道松動圈主要集中在2.5～3.5m之間，原支護的錨固端正好位于松動圍巖內，無法達到有效加固的效果。

4.2 優化支護參數

參照實測的松動圈數據，頂板采用錨桿+錨索梁+塑鋼網聯合支護方案。錨桿規格：Ф20×2500mm左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，每孔350mm樹脂3節，錨桿托盤尺寸200×200×12mm，頂錨桿間排距800×800mm，“六--六”矩形布置，幫錨桿間排距700×1000mm，“四--四”矩形布置，兩幫部各增加1根長度為2.6m的T140型鋼帶；錨索梁采用T140型鋼帶，梁長4200mm，排距800mm，一梁四索，采用Ф17.8×10300mm防腐錨索，錨深10000mm，每孔700mm樹脂3節；頂、幫部掛塑鋼網，網孔50×55mm。如圖4所示。

圖4 308工作面輔運巷改進后的支護示意圖

5 效果分析

支護方案調整后，在受到綜采工作面回采應力影響、施工高位抽放孔影響下，該巷道圍巖破壞變形明顯減少，除了因煤體風化產生的幫部少量變形和巷道底板因水浸泡產生的少量底鼓外，錨桿的螺母、托盤保持原支護狀態無破壞、錨索梁平直，維護工程量為支護方案調整前的1/10。