刘承艺
山东科技大学矿业与安全工程学院 山东青岛 266510
摘要：近年来，我国的巷道支护技术有了很大进展，以某村为例，为了解决某村矿高应力厚顶板回采巷道变形严重与维护难的问题，采用现场调查的方法研究了巷道围岩变形特征，采用理论分析的方法分析了巷道围岩变形的原因，提出了符合该矿高应力厚顶板巷道的“高预应力锚网喷＋注浆＋Ｕ型钢支架”的支护方案。高预应力锚网喷维护浅部围岩稳定并调动深部围岩承载能力，注浆封闭巷道围岩裂隙并增强巷道围岩整体稳定性，Ｕ型钢支架提高支护的承载能力。实践表明，优化方案对高应力厚顶板巷道围岩控制效果良好，保证了巷道的正常使用。
关键词：高应力；厚顶板；支护优化；巷道围岩
引言
关于坚硬顶板巷道稳定性控制，已有很多研究成果。煤巷围岩一般具有两帮强度低，顶板强度高的特性，有时巷道顶板可为坚硬的石灰岩、中砂岩等，此时顶板与两帮强度差较大，巷道破坏一般由帮部开始，巷道两帮围岩变形及受力状态对巷道整体稳定性有着重要的作用。
1巷道工程条件
某村煤矿12150工作面位于西采区2-3煤胶带上山东翼，工作面标高为-400ｍ。工作面开采2-3煤，煤层裂隙发育，厚度9.0～15.5ｍ，平均厚度为11.8ｍ，煤层结构复杂，含夹矸3～7层，煤层倾向165°，倾角9°～13°。-400ｍ轨道巷煤层顶板为深灰色泥岩和浅灰色细砂岩，厚度为0.8～26．0ｍ，泥岩中含植物化石碎片，细砂岩偶含煤屑。煤层底板上部为炭质泥岩，黑色，厚度为0.8～1.9ｍ，平均为1.0ｍ；中下部为浅灰色细砂岩，平均厚14.2ｍ，块状构造，偶含煤层。12150工作面全长2500ｍ，轨道巷1085ｍ。由于与该工作面同煤层工作面回采巷道采用的锚网喷支护，巷道围岩变形破坏严重。分析可知，由于巷道围岩开挖与采动带来的巷道围岩应力集中必将影响巷道围岩稳定，巷道围岩一旦进入塑性破坏状态，就会给巷道围岩稳定性维护带来明显影响。
2支护现状评价及大变形软岩支护机理
长期以来，某村煤矿采用锚杆与锚索作为主体支护构件，应用取得了良好的支护效果，随着采动压力的剧烈变化、巷道围岩整体性变差等原因，前期的支护对巷道围岩稳定性的控制越来越差。回采巷道围岩经常出现顶板严重下沉，两帮片帮网兜鼓出，底板破裂等巷压明显现象。尤其通过钻孔窥视显示，巷道围岩裂隙发育区可达近十米，煤帮锚杆因围岩破碎而破坏锚固基础，导致现场变形地段拉拔过程中锚杆被拉出。这些现象表明，原支护方案没能有效地控制巷道围岩变形稳定，如果继续使用原支护方案，将会严重制约回采工作的正常进行。钻孔窥视显示，回采巷道厚顶板破碎区主要集中在左上方近10ｍ的范围，因此维护厚顶板破碎区显得十分重要。现有支护理论表明，针对裂隙结构发育充分的围岩体，锚杆应采用高强锚杆并配合高预应力，以便于让锚杆与锚杆之间形成有效的应力叠加拱，保持锚杆锚固区稳定。高强度锚索深入深部围岩体，一方面调动深部完整围岩体的积极性，保持整个锚杆支护带的理论性；另一方面锚索能施加更高的预应力，形成更为可靠有力的锚索应力叠加拱。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆浅部中空锚杆注浆可以很好地将锚杆支护区围岩体裂隙密结，增强锚杆锚固区的稳定性，同时维持锚杆锚固根基的可靠。深部中空锚索注浆能充分维护深部围岩结构的完整性，防止深部围岩出现松动破坏而引起强烈变形压力。更为重要的是，深部注浆配合浅部注浆可以将整个锚固区围岩域稳定性得到提高，这将影响巷道围岩应力分布更趋于均匀，可以有效地将顶板应力引流到两帮进而向底板流动，从而保护巷道围岩免受高水平应力的破坏。
3坚硬顶板巷道围岩控制技术
①稳定性原理。围岩中的应力分布规律及围岩力学特征是决定巷道位移及塑性区分布的根本因素，因此根据围岩中应力分布状态及围岩力学特征可确定相应的巷道破坏规律及支护对策。巷道开挖后，围岩中水平应力是造成顶板变形的主要原因，特厚坚硬顶板能够承担巷道开挖后所产生的二次应力集中，相对软弱顶板及薄层坚硬顶板具有更强传递水平应力的能力，顶板无水平应力卸压区。巷道两帮高强度支护能够一定程度上弥补由于巷道开挖而导致的两帮水平应力释放，并能够间接增强巷道顶板中水平应力传递能力。因此此类厚硬顶板巷道的支护重点应放在巷道两帮支护上，采取合理支护措施控制两帮围岩变形是巷道稳定性控制的关键。②煤巷强帮支护理论。厚硬顶板巷道开挖后，两帮煤体中会出现塑性屈服及裂隙发育，且顶板变形量小。提高帮部的强度与刚度，增大两帮被锚固煤体整体性及承受竖向荷载的能力，使煤帮更好地支承巷道顶底板，最终可以改善两帮煤体应力分布状态，阻止塑性屈服与破坏向围岩深处发展，减小两帮极限平衡区和顶板的广义跨度，达到强帮护顶，提高巷道整体稳定性的目的。③坚硬顶板巷道强帮支护参数计算。数值模拟分析对比厚硬顶板巷道在无支护、两帮中等强度支护、顶帮同时中等强度支护3种条件下帮部及顶板围岩变形量。两帮支护对相对软弱的帮部围岩变形量起到了明显改善作用，中等强度支护相对无支护帮部位移量能够减小20%以上;但中等强度支护相对无支护顶板变形量基本相同。
4支护设计优化
4.1施工要点
（1）使用综掘机开挖巷道，最后人工找平。（2）巷道掘进的循环进尺与锚杆排距相同；在施工顶部锚杆的同时安设帮部锚杆，不得延后。（3）菱形金属网从顶板中部开始向两边摊铺，其两边要越过巷道肩部，帮部的金属网要延伸至巷道底角。（4）安装锚杆时，采用气扳机对锚杆二次加扭，最终帮部及顶部的锚杆扭矩不应小于300N·m。（5）锚杆钻孔的中心线要保持为一条直线，钻孔的深度要准确，要求误差不能超过20mm。（6）锚杆钻孔完成后，应采用清水反复冲洗孔壁直至孔内流出清水。（7）根据顶板赋存和淋水情况，尽可能施工导水孔，集中排水。
4.2注浆参数选择
①注浆顺序：注浆顺序原则为先下后上，围岩破碎条件下，可根据现场条件对注浆顺序调整，可采用隔排打孔注浆，先奇数排或偶数排注浆。②注浆孔布置：每排施工6个注浆孔，间排距均为1.9ｍ，孔深均为6000mm。孔内下硬质塑料注浆管。注浆压力2～6ＭＰａ，用水泥浆注浆，喷浆后确保注浆管外露不少于100mm。注浆压力达到6ＭＰａ后，需稳压30min，再用阀门或破布封堵注浆口。③注浆方式：埋孔口注浆管，孔内下射浆管，全长一次注浆。④封孔材料：水泥注浆使用棉纱及封孔液固定孔口注浆管。⑤成孔：采用气腿式帮锚杆钻机，32mm钻头钻孔。
结语
综上所述，某村矿回采巷道采用锚网喷、单体柱等多种形式的支护方案，但是由于厚顶板的存在、原支护方案设计不尽合理、应力水平高，回采巷道在开挖以后及工作面推进过程中出现了强烈的矿压显现，不仅制约了煤矿的安全高校开采，而且还增加了巷道的维护费用。因此，需要对回采巷道支护进行新的设计。新支护方案后的巷道围岩变形量比较小，顶板下沉最大量仅为145mm，两帮位移量稳定后达到97mm，该变形并不影响巷道的正常使用。该支护方案减少了巷道的冒顶、片帮等，降低了巷道后期的维护费用，保证了工作面的安全高效生产。
参考文献:
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论文作者:刘承艺
论文发表刊物:《防护工程》2018年第28期
论文发表时间:2019/1/7
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