臺頭焦煤7202 運輸順槽弱膠結圍巖支護技術研究

曹黎宏

（山西鄉寧焦煤集團臺頭煤焦有限責任公司，山西 臨汾 042100）

0 前 言

弱膠結膨脹軟巖具有膠結程度差、強度低、膨脹系數大等特點。巷道掘進過程中，遇到此類地質情況會增大巷道支護難度。由于該類巖層易破碎，一般距離老頂位置較遠，運用傳統錨桿錨固支護技術進行支護后會大面積變形。為解決該問題，現以臺頭焦煤7202 運輸順槽為研究對象，運用數值模擬的研究方法對現場已支護區域圍巖變形演化規律進行模擬，結合頂板離層儀觀測數據分析巷道嚴重形變周期。制定弱膠結軟巖支護措施，并進行后期效果考察。

1 7202 運輸順槽概況

山西鄉寧焦煤集團臺頭煤焦有限公司產能120萬t/a，現主采煤層2 號煤層，平均煤層厚度3.1 m，直接頂板為泥巖，底板為泥巖。所在層位為典型的弱膠結膨脹地層。7202 工作面設計長度1 200 m，切眼長度180 m，7202 運輸巷設計高度5 m，寬度4 m。巷道采用傳統錨桿支護，支護示意圖如圖1 所示。頂部施工錨桿5 根，呈扇形對稱分布。巷道左右兩幫分別施工4 根錨桿。所使用錨桿均為左旋螺紋鋼錨桿，規格φ20 mm×2 400 mm。

圖1 巷道支護措施

2 7202 運輸巷圍巖變形規律研究

為研究目前支護措施能否滿足運巷支護要求，現運用耦合模擬軟件模擬巷道圍巖應力變化規律。假設煤巖為均勻介質，模擬在彈性范圍內，頂板壓力0.9 MPa，巖層頂板、底板為泥巖，巖層基本參數見表1，分別模擬 10、30、60、90、100 d 巷道圍巖變形情況，模擬結果如圖2 所示。

表1 巖層基本參數表

由圖2 可知，巷道斷面在第10 d 的時候，底板出現應力集中的現象，第30 d 的時候頂板和底板同時出現大面積應力集中的現象，第60 d 頂底板應力集中情況更為突出，第90 d 時，頂、底板應力集中區域開始擴大，第100 d 到開始應力集中范圍擴張。根據以上模擬結果分析，在未進行支護的狀態下，第90 d 的時候頂板開始大面積垮塌，底板大面積底鼓，整個巷道基本垮塌。

圖2 巷道圍巖應力變化情況

為確定數值模擬結果是否可靠，本文對現場已支護區域安裝的頂板離層儀數據進行了統計分析，統計結果如圖3 所示。

圖3 頂板離層儀數據分析

由圖3 可知，在0~90 d 時間段內，巷道頂板深部數據和淺部數據均處于不斷增大的趨勢，深部位移在第20 d 基本達到需要加強支護的限制，淺部在第10 d 的數據達到需要進一步支護的限制。在第90 d，位移基本持平，整體再未出現增大趨勢，觀測數據和模擬結果對比基本一致。通過向回撤那觀察，巷道頂板出現大面積下沉，底鼓現象嚴重。因此，目前的錨固技術存在安全隱患。綜合分析可知，數值模擬應力分布云圖具有一定的指導意義和現實意義。

3 支護措施存在的問題

由于錨桿支護只有頂板能夠施工到硬巖上，底板未進行加強支護，同時，頂板的錨桿支護分布過于松散，錨桿固定著力點有限，在容易產生巖層破碎的弱膠結軟巖地層的情況下會出現大面積底板底鼓，頂板垮落的現象，支撐點為應力點，沒有連續性和整體性，無法整體支撐起整個巷道破碎巖層的水平位移和豎向應變。因此，支護措施需要進一步完善。

4 優化后的支護措施及效果考察

由于弱膠結周圍圍巖松散，極易垮落，按照數值模擬分析，在第90 d 左右會出現大面積底鼓和頂板垮塌現象，因此必須進行整體性剛度支護。設計支護措施如圖4 所示。巷道頂板采用管棚支護，平向使用工字鋼，工字鋼排間距0.4 m，底板進行錨噴和混凝土鋪設處理，防治底鼓現象的發生。巷幫也采用了工字鋼的支護模式，同時在左右幫施工了錨桿，進行了噴漿作業，防治破碎巖石垮落。

圖4 優化后的支護措施

實施完成后對安裝的頂板以數據進行為期100 d 的效果考察，現場對頂板離層儀數據進行了匯總。

由圖5 可知，采用管棚結合工字鋼進行支護后，巷道深部應變最大值25 mm，淺部應變最大值7 mm，基本在最大值之后再無大的應變增長。現場觀測，巷道整體完整性較好，未出現大幅度變形情況。

圖5 優化后巷道頂板離層儀觀測數據

5 結 論

本文以臺頭焦煤7202 運輸順槽掘進通過弱膠結軟支護問題為研究對象，運用數值模擬、現場觀測的方法進行了研究，得出以下結論：

1）巷道斷面圍巖頂、底板均出現大面積應力集中的情況，結合現場頂板離層儀觀測數據，模擬結果真實可靠。

2）分析傳統錨固技術存在的位置主要因為錨桿為應力點，不具有整體支撐剛度。

3）為解決存在的問題，采用工字鋼結合管棚支護技術，對巷道進行了支護，底板進行了混凝土鋪設的措施，考察結果顯示，優化的支護措施安全可靠。