深部巷道围岩控制支护优化研究

深部巷道围岩控制支护优化研究

李涛 1 秦巍 2

1. 身份证号码： 34122419901001**** 安徽淮南矿业集团顾北煤矿 2. 身份证号码： 13040619820728**** 安徽淮南矿业集团顾北煤矿

摘要：深部巷道支护问题已经成为了制约煤炭资源开采的关键问题之一。在深部巷道支护中，其秉持的支护设计理念相对于先前出现了较大的变化，需让巷道围岩释放内部高应力的技术上，实现高阻让压支护。因此，以某矿巷道出现的变形破坏问题作为研究对象，对深部巷道围岩控制支护优化进行分析有着较为重要的意义。鉴于此，文章结合笔者多年工作经验，对深部巷道围岩控制支护优化研究提出了一些建议，仅供参考。

关键词：深部巷道围岩；控制支护优化；研究

引言

近些年伴随着中国煤炭产业的持续发展，中国煤炭生产已进入深部开采阶段，回采中所面对的围岩应力环境同浅部开采有着极为显著的区别，这种情况下采用以往浅部巷道支护方式，往往会出现大变形、大底鼓、冒顶等安全问题，严重威胁矿井生产安全。有鉴于此，结合矿井生产实际，总结探究具有针对性的深部巷道支护技术，实现巷道支护的长期有效，对于实现矿井安全生产意义重大。

1、巷道围岩力学分析

巷道开挖后，煤体原有应力的平衡状态被破坏，围岩应力重新分布，巷道两帮受侧向均布载荷作用，其围岩应力分布情况如图3所示，其中，a为矩形巷道宽度;b为巷道高度;c为梯形巷道底板宽度;θ为巷帮倾角。由矩形和微梯形受力可知:①在垂直巷帮方向上矩形巷道受力为λqb，微梯形巷道受力为λqbsinθ，微梯形受力小于矩形巷道;②梯形巷沿巷道帮部向上的作用力为λqbcosθ，当顶板来压强烈时，作用于帮部的力与沿巷道帮部力起到一定平衡作用，减少帮部受力，在一定程度上可增加巷道的抗冲击性，微梯形巷道比矩形巷道具有更好的围岩稳定效果。

2、导致巷道出现较大变化破坏的特征及具体原因

2.1巷道变形破坏分析

在井下实际生产使用中，淮南矿业集团某矿13121回风巷存在如下变形破坏特征：a)巷道变形大且速度快。在巷道掘进期，巷道部分区段围岩稳定时长较短，存在表面快速收敛的情况，使得巷道在短时间内出现完全丧失稳定性的情况。b)巷道顶板流变大，底鼓突出。巷道内部分区段围岩变形破坏区间能达到10m以上，且存在较大的深部拓展，整体围岩变形稳定用时需达到80d以上，同时巷道顶底板移近量明显高于巷道两帮收敛量，对生产安全威胁较大。c)巷道所用的锚杆及U型钢可伸缩支架等支护组件多次出现屈服破断的情况，其中部分锚杆达到承载极限发生屈服破断，部分锚杆因周边围岩破坏造成整体锚杆性能降低，乃至出现整体失效的情况，而U型钢可伸缩支架则因支撑力较小，多次出现失稳破坏的情况。针对上述巷道变形破坏现象，开展针对性探究，分析其原因主要包括以下几点：a)矿井井田范围内地质条件复杂程度较高，特别是围岩中多含有砂质泥岩，有着较强的流变特性；b)巷道围岩破坏深度较大，锚杆锚护深度较小，锚杆支护存在失效的情况，无法充分发挥围岩的承载力；c)巷道各支护构件无法连接成整体，不能充分发挥整体支护的效果。

2.2支护强度无法达到要求

在13121回风巷进行了锚杆锚固性能、预紧扭矩转换测试和锚索预应力损失测试。原支护方案下，锚杆扭矩200N·m时，锚杆初始预紧力约30kN，扭矩提高至400N·m，初始预紧力超过60kN；锚杆锚固力可达到210kN，达到锚杆杆体的破断载荷；锚索预应力损失为30%。另外，锚杆、锚索初始预紧力较低，无法充分发挥锚杆支护的主动作用。两帮初期支护强度不足，变形破坏严重，进而造成顶底板变形加剧，是造成围岩整体失稳的关键。

3、深部巷道围岩控制支护优化的有效策略

3.1超前支护设计

超前支护设计为:头、尾超前20m加强支护。巷道超前支护采用单体液压支柱配合4m长π型钢梁支护，15421工作面超前支护采用单体液压支柱配合Φ600mm尼龙柱帽。沿巷道布置两排单体液压支柱，排距为2100mm，柱距1200mm、距煤帮700mm；共支设34根单体液压支柱。工作面如果发现顶板下沉超前支护段更换为单体液压支柱配合3m长π型钢梁支护。具体控制要求为:两巷超前支护的单体支柱必须成一条直线，偏差不超过±100mm，初撑力不低于11．4MPa(90KN)。三用阀方向一致，与顺槽平行。两巷超前支护的支柱、π型梁、柱帽，采用防倒防坠装置、硬连接两端与单体连成为一整体，防止倒柱伤人。硬连接距底板1．6m安装，硬连接时一定把锁扣锁好，每根硬连接调成一个水平、防止倒柱伤人。

3.2工作面安全出口管理策略

超前20m范围内，巷道净高度不低于1.8m，行人侧宽度不小于0.8m，每班设专人进行清理、维护。要求巷道支护完好，无失效、无自降支柱，无零皮片帮、无浮煤矸堆积，严禁堆放任何闲置废旧物品和设备。

3.3提高顶板初期支护预应力和支护强度

对支护构件施加高预应力，增加主动支护效果和锚杆支护产生的附加应力场应力值，使有效压应力区覆盖整个顶板，形成有机的整体，充分发挥锚杆的主动支护作用，保证开挖时围岩初始承载能力，降低初期变形。顶锚杆预紧力由200N·m提高至400N·m，顶锚索初始张拉由200kN提高至300kN，通过加强托板、钢带等构件实现锚杆预应力的扩散，扩大预应力的作用范围，提高锚固体的整体刚度与完整性。

3.4高应力煤巷围岩控制关键技术研究

现场探测分析了深井煤巷围岩松动圈发育特征，巷道围岩受高应力作用效应明显，围岩碎胀变形范围大，变形持续时间长、支护难度大，呈大松动圈发育特征。（2）为改善巷道围岩控制效果，提出了微梯形断面形状设计方案，力学结构分析表明微梯形受力小于矩形巷道，有利于增加巷道的抗冲击性，具有更好的围岩稳定效果。（3）采用FLAC3D进行了矩形与微梯形断面对比分析，表明微梯形巷道应力集中、塑性区发育范围及围岩变形量相较于矩形煤巷均有所减小，微梯形巷道断面有利于巷道围岩稳定性。（4）现场进行了微梯形巷道试验，顶板采用锚网带+锚索梁联合支护方案，帮部采用锚网带支护，监测结果表明巷道围岩控制效果好，能满足回风大巷长期稳定要求。

3.5高压深孔渗透注浆

在低压浅孔充填注浆完成后，进行高压深孔渗透注浆，其与低压浅孔充填注浆采用同一注浆管，注浆前可采用钻机进行扫孔，孔径为Φ28mm，扫孔深度为2000~2500mm，以钻孔揭露充填体为终孔线。通过高压深孔渗透注浆，一方面可扩大注浆加固范围，另一方面高压注浆可提高浆液的渗透能力，改善注浆加固效果，而不会导致喷网层的变形破坏，并可对低压浅孔充填注浆加固体起到复注补强的作用，从而显著提高注浆加固体的承载性能。采用单液水泥-水玻璃浆液，水泥使用P.O42.5，水灰比为0.8~1.0，水玻璃的掺量为水泥用量的3%~5%；为提高水泥浆的可注性和早期强度，建议添加萘系高效减水剂，其添加量为水泥用量的1%左右。

结束语

深部巷道在支护过程中，在借鉴浅部巷道支护的基础上，应当注意巷道各个支护构件之间作用的协同性。同时，还应当巷道围岩自稳能力较好地发挥出来，这对于提升巷道支护效果有着非常重要的作用。

参考文献

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