榆樹坡煤礦2202工作面回采巷道支護存在的問題及返修控制措施研究

＊武 權

（山西寧武榆樹坡煤業有限責任公司 山西 036000）

引言

深部回采巷道支護是當前巷道支護的難點問題之一，在掘進巷道和服務期間，回采巷道容易出現大變形問題，巷道穩定性受到的地質條件等外在影響較多，若支護設計不夠科學合理，將進一步影響到巷道圍巖穩定性，特別是圍巖強度若偏低，巷道實現自我穩定的難度較高，在采動影響、地應力等因素的影響下，容易出現較強的礦壓顯現，嚴重影響到礦井正常生產。因此，對榆樹坡煤礦2202工作面回采巷道支護存在的問題及返修控制措施進行分析，對保證工作面支護穩定性和有效性有著較為重要的意義。

1.工程概況

榆樹坡煤礦2202綜采工作面位于2#煤二采區。工作面標高為1104～1150m，埋藏深度為320～416m，煤層平均厚度4.45m。工作面傾斜長度202m，可采走向長度672m，可采總面積135744m2，地質儲量887969t，可采儲量825811t。直接頂為泥巖，平均厚度0.6m；老頂為細砂巖，平均厚度8.40m；直接底為砂質泥巖，平均厚度2.81m，老底為粗沙巖，平均厚度6.279m。從現場勘察情況來看，巷道整體所處地質條件較為復雜，含水量相對較大，裂隙發育較多，整體結構性較差，承載能力不足。回采巷道設計采用錨網梁支護方式，錨桿支護參數為直徑20mm，長度2.2m，間距和排距均為0.8m。錨索支護參數為直徑17.8mm，長度7m，間距為2.4m，排距為0.8m。從巷道掘進情況來看，整體出現了較大的變形破壞，特別是頂板整體呈現出松散破碎狀態，穩定性控制難度較大。

2.回采巷道變形破壞特征

從巷道整體變形破壞的情況來看，巷道圍巖變形主要表現在三個方面：首先，巷道圍巖整體出現了較大的變形，變形速度相對較快。特別是在開掘的初期，巷道整體明顯收斂，兩幫的收斂量達到了0.5m，每天的平均移近量接近5cm，頂板和底板的相對移近量超過了0.4m，每天的平均移近量接近4cm，不論是變形速度還是變形量均超過了規定范圍。其次，巷道頂板整體表現出較大的破壞，平整性不足的問題明顯，很多地段出現了明顯的“網兜”。第三，巷道圍巖穩定性不足的情況較為突出，雖然對巷道進行了支護，但是巷道仍舊出現了明顯的變形，這表明巷道穩定性控制的難度偏高。

3.圍巖巖性探測及松動圈測試

本次通過選擇使用鉆孔探測儀的方式，對巷道圍巖出現的變形破壞的實際范圍進行了研究，對巷道圍巖進行了針對性的探測與分析，得到了不同深度的鉆孔窺探圖，見圖1。從圖1可知，在0.8m的范圍內，巷道頂板整體出現了較大的變形，其中的裂隙也非常多，整個圍巖較為破壞，在0.8m到6.3m的范圍和7.5m到9.5m的范圍，巷道圍巖的整體性相對較好。在6.3m與9.5m的位置有煤線。在9.9m到12m的范圍內，圍巖整體的完整性相對較好。

圖1 不同深度鉆孔窺探圖

同時，又設計采用圍巖松動圈測試儀，對整個巷道兩幫穩定性進行了全面的探測，設計探測深度5m，測試情況見表1所示。

表1 巷道圍巖松動圈測試結果表（單位：m）

從表1可知，通過本次松動圈測試，因為巷道節理裂隙發育較多，特別是原支護設計和圍巖表現出不耦合，導致圍巖出現了較大的松動圈。在與掘進頭相距離40m的圍巖，表現出的松動圈范圍與80m的圍巖相比，整體非常小，巷道圍巖表現出較強的流變性，特別是下部的范圍相對于上部范圍要小，導致這種情況出現的原因主要是因為在巷道的上部有水層影響，圍巖在水層的影響下出現了崩解，承載能力下降明顯，變形的速度隨之增加。

4.巷道圍巖變形破壞機理

從巷道出現的非線性大變形來看，導致變形出現的因素相對較多，整體結果是多種類型因素綜合作用的效果。變形破壞的主要機理體現在4個方面：

首先，巷道圍巖中包含的裂隙較多，圍巖承載極限偏低，特別是多數地段圍巖質地偏軟，整體的承載性能較差。巷道開挖后，巷道圍巖壓力集中性明顯，圍巖中的裂隙范圍發展也較多，圍巖強度相對于先前也更大，整體的變形量也更為明顯。

其次，地質構造產生的負面影響突出，從現場勘察來看，巷道開拓范圍內，有多處存在地質構造，尤其是在巷道的左右兩幫處，出現了顯著的剪應力破壞問題，這表明這些位置承受的剪應力整體較為突出，而這類巖體自身又有著較為明顯的節理裂隙發育，導致巖體出現了更為明顯的膨脹變形。特別是巷道支護又不夠及時有效，導致頂板圍巖出現了明顯的局部冒落，這也是現場出現較多“網兜”的主要因素之一。

第三，巷道受到地下水的影響較大，特別是在開采擾動下，裂隙發育范圍更大，將含水層導通，在巷道圍巖中出現了淋水，圍巖承載效果下降，圍巖移動變形的速度提升。

第四，巷道在支護時，整體耦合度相對較低，整體出現了較大的變形問題，這表明原支護中使用到的錨索、錨桿支護與圍巖整體沒有形成耦合支護效果，尤其是巷道出現的剛度支護不耦合的問題，在巷道圍巖較大變形的情況下，巷道并沒有得到有效支護，導致有較大的變形問題出現。

5.巷道返修耦合支護分析

為了最大限度的控制巷道圍巖出現的大變形破壞問題，根據兩幫松動圈測試、頂板巖性探測的結果，本次在返修時，重點提升返修方案的耦合性，設計采用了“錨桿（錨索）+槽鋼+W鋼帶”的復合支護方案。

(1)返修耦合支護機理

通過使用錨桿支護，對巷道淺部圍巖進行有效支護，通過錨索作用，實現對深部穩定圍巖承載能力的有效調動，實現支護強度的有效耦合。其次，選擇使用W鋼帶、鋼筋網及錨索托盤的方式，不但可以提升支護體剛度，能夠將圍巖中儲存的能量得到有效釋放，降低表面應力對巷道圍巖產生的破壞，推動實現剛度耦合。此外，通過W鋼帶將槽鋼與錨索、錨桿等連接起來，推動巷道圍巖和支護體形成一個完整結構，在巷道圍巖中形成一個閉合的支護結構。

(2)支護參數設計

首先，從本次頂板巖性測試來看，頂板在10m以上的位置，整體完整性較好，而根據原支護可知，錨索原支護長度為7m，這表明錨索并沒有打設到深部穩定巖層中。從本次松動圈范圍來看，深度平均超過了2.3m，但是原來支護中選擇的錨桿支護是2.2m，錨桿支護的實際效果不佳，不能有效保證巷道整體穩定性。在本次返修時，為了更好保證圍巖支護效果，對于錨桿、錨索的支護長度應當加長，確保錨索、錨桿均可以深入到深部穩定圍巖中。特別是在地質條件相對較差的位置，可通過加大錨索支護密度的方式，更好提升擠壓加固的效果。此外，在本次返修支護時，為了提升錨桿和錨索的整體支護效果，本次增加了讓壓環，更好提升支護質量。

其次，對于支護所用的網片，本次優化選擇使用強度更高的鋼筋網，更好增強支護系統的支護剛度。

第三，對于頂板錨索在支護時，選擇使用內部為木托盤，外部為鐵托盤的方式，形成復合托盤，將柔性變形空間預留出來，對部分變性能有效吸收，可以降低表面出現應力集中的問題，更好保證巷道完整性。

第四，在巷道的兩幫和頂板設計采用W鋼帶，錨索在支護時，增加了槽鋼連接，在支護體中形成梁支護結構，增加錨桿、錨索支護的整體效果，嚴防出現塑形大變形問題，更好推動圍巖和支護體實現剛度耦合。

巷道具體支護參數見圖2所示。

圖2 巷道返修支護設計圖

(3)巷道返修支護效果

為了掌握返修支護方案，是否有效控制了巷道穩定性，對巷道在返修之后的穩定性情況進行了監測。巷道頂板和底板移近量和兩幫的相對移近量見圖3所示。

圖3 返修巷道圍巖位移曲線圖

從圖3可看出，在巷道開挖7～10d的范圍內，巷道圍巖整體出現了較快的變形，該階段巷道圍巖的變形量占據到總變形量的60%。在施工的10～20d，巷道圍巖變形量在不斷提升，但是變形的速度相對于先前有了下降，變形量占據到總變形的25%。最后是趨于穩定階段，表明巷道支護達到了耦合，整體的變形較小，穩定性明顯提升。從圖3可知，巷道圍巖整體的穩定性得到了控制，滿足了巷道正常使用的要求。

6.結束語

綜上分析，深部回采巷道穩定性問題是制約巷道穩定性的重要因素，從當前深部回采巷道圍巖控制來看，傳統的巷道支護方式在很多方面已經不能滿足支護要求，在具體返修支護的過程中，需要充分發揮出圍巖的自承能力，提升支護體和圍巖之間的耦合性，才能更好保證圍巖穩定性。