9111工作面運輸順槽變形破壞機理及支護技術探究

程衛忠

（山西高平科興新莊煤業有限公司，山西 高平 048400）

1 工程概況

新莊煤業9111運輸順槽沿9#煤層布置，9#煤層直接頂厚約3～4m，巖性為泥巖及砂質泥巖；直接底為砂質泥巖，厚度為1.1m。巷道設計斷面為矩形，支護采用錨桿、鋼帶、金屬網聯合支護，錨桿為長度2.2m、Ф18mm的左旋無縱筋盤螺紋鋼錨桿，錨桿間距0.9m，錨桿排距1m。

2 9111工作面運輸順槽變形破壞特征

在9111工作面運輸順槽開掘之后，巷道圍巖出現了明顯的變形破壞。為掌握9111工作面運輸順槽變形破壞機理，對運輸順槽進行了現場勘察。巷道變形破壞主要特征為：

（1）巷道淺部圍巖變形非常嚴重

9111工作面運輸順槽淺層圍巖整體出現松散狀態，原支護結構并沒有發揮出應有支護效果，且整體變形持續時間較長。主要表現為：巷道頂板大面積下沉且形成較多的冒頂區，底鼓嚴重，兩幫明顯收斂，錨噴支護多處出現了失效，原支護中多處卡纜出現了失效破壞且形成了明顯的網兜，在高應力的作用下，整個運輸順槽從矩形巷道壓成了弧形。見圖1所示。

（2）巷道掘進與使用過程中有水體涌出

從現場勘察情況來看，在9111工作面運輸順槽使用的過程中，巷道底板出現了明顯浸水情況，頂板也有多處出現了大面積的淋水。巷道在水體侵蝕作用下，整體強度下降明顯。

圖1 運輸順槽現場變形破壞圖

3 9111工作面運輸順槽變形破壞機理分析

在全面分析9111工作面運輸順槽變形破壞特征及機理的基礎上，本次返修提出了“高預應力高強度錨桿+錨索+關鍵位置注漿”聯合支護。該方案的提出，主要考慮到，在原支護系統中，巷道總體支護強度較低，特別是錨桿支護并沒有起到應有的對巷道圍巖預緊壓縮、穩定控制的作用。選擇使用高預應力高強度錨桿可實現對9111工作面運輸順槽圍巖圍壓的有效增加，實現對圍巖應力狀態的有效改變，從而實現對錨固體力學性能的有效改良，提升錨固體的整體強度，對于提升巷道圍巖整體穩定性較為關鍵。設計選擇關鍵位置錨索主要考慮到，深部穩定圍巖對淺層圍巖的懸吊作用并沒有充分發揮出來，通過關鍵位置打設錨索的方式，實現對淺層圍巖的有效控制。部分位置注漿主要考慮到9111工作面運輸順槽部分位置受到地下水影響較為明顯，通過注漿的方式，實現對涌水通道的有效封堵，降低地下水對9111工作面運輸順槽的侵蝕，提升巷道整體強度。具體設計方案為：

（1）高預應力高強度錨桿。選擇使用BHRB380高預應力高強度錨桿，錨桿平均強度均超過380MPa，遠遠大于原支護中使用的左旋無縱筋盤螺紋鋼錨桿。選擇使用大扭矩風動扳手，提升錨桿預緊力，本次設計錨桿預緊力為：80kN。錨桿托盤設計采用150mm×150mm×15mm高強度托盤。中間錨桿采用平行垂直布置，在巷道頂板兩角位置，錨桿采用與垂線呈15°方向布置，提升錨桿

（1）松動圈范圍探測

為更好掌握9111工作面運輸順槽變形破壞情況，使用地質雷達與鉆孔窺探儀相結合的方式對巷道圍巖松動圈的范圍進行了探測。通過對探測結果進行處理，得到了9111工作面運輸順槽圍巖松動變形情況，具體見圖2所示。

圖2 巷道圍巖松動破壞示意圖

從圖2可看出，9111工作面運輸順槽巷道頂部破壞范圍最大，已經超過了3.5m，兩幫破壞的范圍已經超過了2.5m，且巷道頂底的破壞范圍明顯超過了巷道兩幫的破壞。而9111工作面運輸順槽原支護中，錨桿支護長度為2.2m，遠遠低于巷道圍巖松動圈的范圍，且沒有使用錨索支護，導致深部圍巖的穩定作用并沒有最大限度地發揮出來，不利于9111工作面運輸順槽整體支護的穩定性。

（2）9111工作面運輸順槽巖性分析

為掌握膠帶大巷圍巖條件，對9111工作面運輸順槽進行了巖性力學性質試驗，具體試驗結果見表1。

表1 巷道圍巖力學性質試驗結果

從表1中可得到，9111工作面運輸順槽所處位置整體巖層的強度偏軟，巷道在采動影響、地應力等方面因素的影響下，非常容易出現大面積的變形。

4 9111工作面運輸順槽穩定性支護對策分析

對頂板圍巖的穩定性控制。

（2）錨索支護。Ф17.8×8000mm鋼絞線錨索，間距為1400mm，排距為1600mm。

（3）關鍵位置注漿。本次選擇在巷道兩底角位置進行注漿，選擇使用注漿錨桿，角度設計為與水平方向呈45°。圖3為9111工作面運輸順槽全新支護圖。

圖3 9111工作面運輸順槽全新支護圖

5 支護效果分析

對9111工作面運輸順槽進行重新支護設計后，選擇使用十字交叉法對9111工作面運輸順槽變形情況進行了監測。從監測情況來看，巷道在返修40d后基本上達到了穩定狀態，兩幫最大的收斂量為54mm，頂底板最大移近量為80mm，均滿足巷道使用要求。

6 結 語

大量深部巷道支護實踐表明，傳統支護方式已經不能滿足深部巷道穩定性控制要求，在進行深部巷道支護設計時，需采取復合型支護措施。對9111工作面運輸順槽應用“高預應力高強度錨桿+錨索+關鍵位置注漿”聯合支護方案，經實踐應用后，新支護方案較好地滿足了工作面運輸順槽穩定性控制的要求。