馬淑飛

（西山煤電集團有限責任公司馬蘭礦， 山西 太原 030200）

西山煤電集團有限責任公司馬蘭礦（全文簡稱馬蘭礦）目前主采8 號煤層，穩定全區可采，煤層平均厚度4.5 m，直接頂為2.3 m 泥灰巖，基本頂為6.6 m 粉砂巖，直接底為3.5 m 砂質泥巖。采用單翼布置順序接替的采掘布置方式，工作面布置圖如圖1 所示。

圖1 工作面布置圖

18504 工作面的回采與18506 工作面回風順槽掘進在時空上平行作業，相向進行。由此導致上一工作面的回采勢必對下工作面相鄰巷道的掘進產生較為強烈的動壓影響，具體表現為巷道靠近上工作面回采側幫部破碎、頂板一側下沉量較大、部分地段底鼓、部分錨桿索張拉斷裂。針對這一巷道礦壓顯現特征，圍繞迎采動掘進巷道圍巖應力分布特點，采用高預應力組合支護技術，對18506 回風順槽進行巷道支護方案參數優化，現場工業性實驗結果表明，采用優化后的支護方案，巷道表面位移量得到了較好的控制，礦井的正常生產得到了有效的保障。

1 掘巷期間圍巖應力賦存規律

18506 工作面回風順槽沿8 號煤層底板掘進，在整個掘進過程中將經歷三個不同階段的圍巖變形破壞特征。

1.1 巷道沿實煤體掘進階段

在此階段掘進的巷道，其巷道圍巖都是沒有經歷過采動影響的地質體，結構相對完整，圍巖應力賦存環境無太大起伏，掘進后的巷道，變形速度相對緩慢，整體巷道表面變形量較低。

1.2 相鄰工作面回采動壓影響階段

巷道繼續掘進，進入相鄰工作面回采造成的采動劇烈影響范圍內，此時位于巷道頂板上覆圍巖發生結構性的調整，并伴隨著巷道的不斷掘進及回采面的回采，結構性調整愈加劇烈，直至掘進巷道迎頭位置與相鄰回采面平齊，此時掘進巷道的圍巖應力較為集中，圍巖位移較為明顯。當回采面繼續推進后，采空區上方頂板由于超前支撐壓力的作用，結構失穩，隨采隨冒，上位巖層垮落觸矸，形成側向掘進巷道上覆巖層結構的一側回轉下沉，如圖2 所示。此時，對掘巷道頂板的荷載，全部由此回轉偏移的關鍵塊B 承擔。

圍巖結構調整的結果是，掘進巷道頂板發生適應性調整，具體表現為頂板發生一定量的下沉，如果此時頂板內部存在顯著弱面或圍巖較為破碎，則巷道容易產生冒頂。

圖2 迎采動掘進巷道圍巖結構分布圖

1.3 巷道沿穩定采空區掘進階段

工作面回采繼續推進，采空區頂板圍巖結構經歷一系列下沉調整，逐漸趨于穩定，頂板的應力集中得以釋放。此時相鄰工作面掘進后的巷道圍巖較為穩定，但由于采動應力的原因，結構較為破碎，煤巖體表現為峰后殘余強度，承載能力相較于未經受采動應力的圍巖有明顯下降。

2 巷道支護方案相關參數

針對馬蘭礦18506 回風順槽的實際地質條件，結合相關文獻及相似礦井實踐經驗，綜合確定采用預應力組合支護方案，支護參數斷面如圖3 所示。分二步進行：首先，在巷道開挖后，需進行及時的高預拉力錨帶網支護。研究表明，及時支護可以避免巷道圍巖的二次破壞，高預應力可以使巷道淺部圍巖形成結構較為完整的預應力梁，從而達到大大提高巷道圍巖抵抗變形能力的作用。其次，滯后1～2 班，或3～5 排，對巷道圍巖進行M 型鋼帶配合小孔徑預拉力錨索補強，錨索可以將巷道支護體與圍巖形成的整體結構范圍進一步擴大，有效約束頂板淺部圍巖與深部發生的離層現象。M 型鋼帶可以控制斷面形狀，保證巷道斷面的完整性，有效抵抗巷道圍巖的長期蠕變作用。

圖3 巷道斷面布置圖（mm）

18506 回風順槽具體支護相關參數：頂板及兩幫錨桿規格為Φ20 mm×2 400 mm，其中頂板間排距為70 mm×800 mm，每排6 根，兩幫錨桿間排距800 mm×800 mm，每側5 根；頂錨索規格為Φ18.9 mm×7 300 mm，間排距為1 600 mm×800 mm，每排2根；幫錨索規格為Φ18.9 mm×4 300 mm，間排距為1 600 mm×1 600 mm，每排布置2 根錨索；錨桿索預緊力為100 m。

3 工業型實驗

對18506 回風順槽從滯后相鄰工作面120 m 至超前工作面60 m 范圍內，每隔5 m 布置測點，觀測巷道圍巖的變形情況見圖4。

根據巷道變形監測結果可以得出：

1）在巷道的整個掘進期間，整個斷面的變形量相對較小，其中頂底、兩幫相對移近量分別為700 mm，200 mm。

圖4 18506 回風順槽巷道變形量監測

2）由巷道圍巖變形速度可以推斷，相鄰工作面的采動明顯影響范圍大致為超前工作面30 m 和超過工作面后方80 m 的范圍內。在下區段工作面掘進巷道空間位置超過上區段回采面30 m 時，變形最為劇烈，說明此時巷道應力最為集中。巷道超過回采面60 m 后，巷道變形速度明顯降低進入，最后逐漸趨于穩定。

3）在巷道與回采工作面空間位置平齊到超過回采面100 m 的范圍內，工作面每推進30 m 左右，圍巖變形速率發生一次較大的改變，此范圍大體與工作面周期垮落步距相同。

4 結語

通過實際現場實踐與礦壓監測結果可知，采用預應力支護組合技術可以有效的解決馬蘭礦迎采動掘進巷道圍巖變形量大，難以控制的問題，在保證礦井安全生產的前提下，節約了巷道投入和維護成本，對礦井地質條件相似情況礦井具有一定的借鑒意義。