煤礦沿空留巷控制圍巖的關鍵技術分析

張秉華

（山西離柳焦煤集團有限公司，山西晉中031301）

由于沿空留巷往往容易受到來自采動的影響，導致頂板裂隙被劃分為塊體結構，因此導致離層與破壞的現象，最終將給巷道支護帶來困難。國內外學者對沿空留巷的肩角冒落以及相應的頂板離層進行全面的研究。張農[1]等經過對工況實際進行調研與分析產生了沿空留巷圍巖控制理論，總結出了墻體快速構筑“三位一體”圍巖控制、結構參數優化、分區治理、預裂爆破卸壓等方式；柏建彪[2]通過全面探究沿空留巷圍巖控制技術發現可以有效地確定巷旁支護體主要參數，主要構建有關巷旁充填沿空留巷的力學模型，從而更加容易對沿空留巷頂板破斷垮落情況進行分析。

筆者從沿空留巷圍巖控制關鍵技術出發，對如下幾個方面的技術進行分析：第一，可伸縮U 型鋼支架；第二，鎖棚錨桿/錨索；第三，預充填區頂板加固；第四，支架壁后充填等。進而可以為沿空留巷支護參數設計提供有效的理論支撐。

1 可伸縮U型鋼支架

可伸縮U型鋼支架可是實現可縮性以及具有一定的強度，從而可以有效地抑制塑性區的持續變形以及緩解頂板分離等。

可伸縮U 型鋼支架具體工作如下：支架與型鋼固定在一起，可以有效地吸收能量，從而保證相應的預緊力。假如可伸縮U 型支架與相應的圍巖進行接觸時，型鋼與連接件之間將會產生摩擦阻力，從而可以有效地防止圍巖發生變形。當圍巖不斷變形時，支架阻力也不斷增加，可是假如支架承載能力低于圍巖阻力時，這樣將會導致型鋼出現撓曲破壞，進而發生失去承載能力的現象[3]。

2 支架壁后充填技術

假如需要對圍巖支架壁進行填充的過程中，通常能夠有效地提高圍巖與支架之間的作用力。與此同時，經過填充之后的圍巖能夠有效地優化結構，同時可以減小了巷道斷面的收縮量。

（1）壁后充填作用，假如完成填充之后，其可以有效地充實圍巖空洞，能夠有效地改善圍巖的結構以及提升了對殘余應力的強度，最終能夠有效地優化支架與圍巖之間的相互作用。為了能夠有效地降低支架因載荷集中出現的破壞，此技術具有如下幾個方面的作用：第一，壁后完成填充之后，能夠有效的優化淺部圍巖剛度以及相應的殘余強度，可以有效地提升后載支護能力，從而能夠進一步防止支護出現傾斜失穩[4]。第二，該技術在降低支架耳部集中載荷方面發揮著非常重要的作用，從而可以避免鋼筋網拉力不均勻的現象，以及可以有效地優化鋼筋網的抗彎能力；第三，可以有效地優化支架與圍巖之間的關系，從而進一步弱化之間截面的異化程度。

（2）壁后充填的施工方法，該方式主要可以分為如下兩種：濕式、干式。筆者主要針對濕式填充的方式進行講解，其具有如下特點：填充效果好以及設備簡單等。其適用的范圍為巖性變化大以及相應的局部地段的巷道。圖1 表示濕式充填采用預埋“T”型管注漿充填，其壁厚采用3.25mm，通常將其一段暴露在巷道表面，從而可以方便地注漿，與此同時在另一段設置鋼筋笆片，進一步設置噴射漿液。通常射漿管直徑可以設置為26.8mm。接著，可以在巷道表面噴射混凝土砂漿，其相應的厚度設置為50～70mm 的范圍內，進一步可以有效地阻止漿液外流以及對U型鋼棚產生不必要的腐蝕，進一步能夠有效地提高支架的承載能力[5]。

3 鎖棚錨桿/錨索技術

鎖棚錨桿/錨索能夠有效地提升支架在偏心載荷位置的承載能力，以及優化圍巖性能，從而可以有效地提升支架偏載的能力，其包括走向錨桿梁以及相應的鎖棚卡纜。

（1）走向錨桿梁，圖2表示相應的連接方式，通常梁可以選用工字鋼加工，通過工程實踐發現，可以對梁的開孔數量以及相應的位置進行調整，其可以直接避免出現連接缺點的問題，從而可以使得使U 型鋼成為一個整體，進一步優化支架的承載能力。

（2）鎖棚卡纜，圖3表示相應的連接方式，依據相應的U 型鋼棚的截面特性，可以把卡纜制作成為一個彎曲的形狀，這樣可以保證U 型鋼棚呈現緊密性。可以將錨固孔設置成為扁長形，同時將其設置在兩側耳翼上，最大限度地提高U型鋼棚的支護能力。

4 滯后注漿技術

滯后注漿技術能夠將圍巖的弱面以及相應的裂隙進行膠結，從而可以達到錨桿與錨索之間進行二次支護，從而可以有效地提高支護的承載能力。依據相關力學實驗發現，假如將其設置在25MPa 的三軸受壓的環境下，粉砂巖的強度可以達到11MPa。假如設置了滯后注漿技術，那么其強度可以達到33MPa，圖4表示相應的粉砂巖和固結體全應力應變曲線。

通過分析圖4可以發現，其在圍巖殘余強度方面比較理想，依據該礦所在地質條件，其巷道初始支護力可以達到0.2MPa，相應的巷道半徑可以達到2.5m，相應的圍巖膨脹角設置為2°～9°的范圍內，對應的內摩擦角的范圍為20°～35°，其彈性模量的數值可以達到3.5GPa。圖5表示相應的塑性圈半徑與巷道表面位移在注漿后的影響情況。經過分析圖5可以發現，當粘聚力以及相應的內摩擦角不斷增大時，相應的巷道表面位移以及塑性區半徑也隨即減小，由此可以看出注漿加固已經達到了設定的要求。

5 預充填區頂板加固技術

沿空留巷巷旁支護對墻體進行支護時選用構件，其可以有效地降低頂板壓力以及進一步防止頂板分離，從而能夠極大地增加頂板巖體的性能。圖6表示相應的帶充填區和撕幫主動控頂。采用小孔徑施工，采用高初撐力可縮單體液壓支柱能夠有效地提高巷內支護能力，從而有效地控制頂板分離的現象。

6 結論

（1）經過實踐發現，可伸縮U型鋼支架在圍巖的應力平衡以及相應的承擔阻力方面都起到一定的優化效果，從而可以有效地提高圍巖壓力的變化，可以有效地控制沿空留巷圍巖的性能。

（2）在對壁后進行填充之后，可以有效地提高圍巖的殘余應力強度，進一步優化支架與圍巖之間的作用力。

（3）鎖棚錨桿/錨索能夠防止U 型鋼棚的彎曲，進一步提升支架的承載能力。

（4）滯后注漿可以有效地優化錨桿以及錨索之間的支護能力，從而可以極大地提高圍巖的整體承載力。