高应力软岩回采巷道沿空掘巷技术研究及应用

孟俊杰

高应力软岩回采巷道沿空掘巷技术研究及应用

孟俊杰

(山西焦煤汾西矿业集团紫金煤业，山西 灵石 031300)

紫金煤业1203工作面回采巷道采用沿空掘巷布置方式，由于巷道处于高地应力区域，且巷道围岩松软破碎，再加上巷道原来支护设计不合理，使得巷道变形破坏现象严重，维护困难，严重地影响工作面的回采。根据1203工作面的生产地质条件，重新设计巷道支护方案及支护参数，采用“锚网梁+锚索+卸压”的综合技术措施对1203工作面回采巷道重新支护后，巷道变形量小，围岩稳定，新的支护起到了控顶固帮作用，为工作面的安全高效回采起到了保证作用，大幅地减小了巷道维修量，保障了井下的正常采掘接替，带来了巨大的社会经济效益。

巷道支护;高应力软岩回采巷道;沿空掘巷

随着煤炭开采深度的增加，煤炭开采逐渐深部化，高应力软岩巷道不断涌现，已经成为研究的热点问题之一。在浅部应力状态下表现为硬岩特征的岩石，在深部高应力状态下往往表现为大变形、难支护的软岩特征，给煤矿生产中的巷道围岩控制增加了难度［1－2］。另外，随着煤矿开采机械化程度的提高，矿井产量和开采深度的加大，对煤炭采出率和回采巷道支护技术要求越来越高，传统的留设较宽的区段煤柱护巷的布置方式已不能满足要求。留窄煤柱沿空掘巷是提高煤炭采出率的有效方法之一。目前，我国煤矿高应力软岩巷道占巷道比重大幅增加，在这种情况下为提高煤炭采出率而采用沿空掘巷［3－5］。但目前关于高应力软岩回采巷道沿空掘巷技术的研究较为薄弱，本文以紫金煤业1203工作面为背景，提出关于高应力软岩回采巷道沿空掘巷的一些新技术。

1 工程概况

紫金煤业1203工作面总体构造为背斜构造。轴大至由东倾向西，岩层倾角6°～14°。原岩应力现场实测表明，地应力以水平应力为主(东西方向)，而非垂直应力为主，水平应力的方向为43°～95°，影响巷道的稳定性主要为水平应力。方向呈正交关系的最大水平主应力分量σhmax和最小水平主应力分量σhmin在量值上通常相差较大，这使得水平应力对巷道顶、底板影响具有明显的方向性。又由于煤岩体力学强度低，松软破碎，加上原来支护设计方案不合理，使得巷道变形破坏现象比较严重，维护十分困难，严重影响着煤矿的安全生产和社会经济效益。因此，支护改革具有重要意义。

1203工作面回采巷道采用沿空掘巷布置方式。1203工作面地面标高1 007～1 204.17 m，工作面标高678～790 m，工作面开采 2#煤层，厚度 1.55 ～3.4 m，平均2.19 m，属中厚煤层，2#煤层结构简单，含1～2层夹矸。2#煤层顶板为泥岩、粉砂岩、层理节理发育，底板为细砂岩、粉砂岩及泥岩。工作面运输巷长1 185 m，材料巷长1 145 m，巷道断面都是采用梯形断面，其中运输巷净宽3.8 m，掘进断面宽4.0 m，净高2.6 m，掘进断面高 2.8 m;材料巷净宽 3.8 m，掘进断面宽 4.0 m，净高 2.3 m，掘进断面高 2.5 m;切眼净宽5.8 m，掘进断面宽 6.0 m，净高 2.2 m，掘进断面高2.4 m;材料联络巷净宽2.8 m，掘进断面宽3.0 m，净高 2.0 m，掘进断面高2.2 m。

2 原支护方案

原设计顶板锚杆为d20 mm×2 000 mm的螺纹钢锚杆，间排距为760 mm×800 mm，巷中布置2根锚索，间排距为2 000 mm×2 400 mm;两帮采用 d16 mm×1 600 mm的螺纹钢锚杆，右帮间距为600 mm，左帮间距为800 mm，排距800 mm，金属网规格为1 000 mm×9 000 mm菱形铁丝网，如图1所示。

图1 1203工作面顺槽支护断面图

按照原设计断面施工一段巷道后，发现巷道变形严重，顶板破碎下沉，两帮严重内挤，且底鼓严重。为此，急需进行支护改革。

3 支护原则与支护对策

对于岩性较差的煤(岩)巷道，在对顶板和两帮进行支护的同时，加强底板治理，积极防治底鼓。采取有效的主动支护方式，充分发挥围岩的自承载能力，提高支护结构的承载力和适应性，结构要有足够的承载能力，保证静动压下的稳定，不需再次进行修复加固［6－8］;另一方面，要允许围岩的高应力得到释放，因此，应采取卸压措施和二次支护的方式保证巷道的长期稳定;此外，不能忽视综合治理，如加强对水的治理，防止围岩遇水膨胀，尽量改善巷道围岩的物理力学性能［9－10］。

根据巷道变形破坏特点及原因分析，为确保巷道围岩的稳定性，拟采取以下支护对策：1)释放高应力：设计卸压孔及预留围岩收敛变形量;2)优化支护设计参数：如锚杆加长，间排距适当加大，垫板厚度增加等;3)确保施工质量和加强围岩变形监测［11－13］。

4 “锚网梁索”联合支护技术方案

巷道断面成形后，顶部与两帮及时铺设金属网，同时，顶板使用钢筋梯，安装锚杆，形成锚网支护结构。支护参数如下(“锚网梁索”联合支护结构见图2，图3)。

顶板锚杆：锚杆规格d20 mm×2 400 mm，采用单向左旋无纵筋螺纹钢制作，锚杆的间排距为900 mm×1 000 mm，锚杆孔径为d29 mm，2卷树脂药卷端锚，CK2350和K2350各1卷，锚固长度不小于800 mm，锚固力不小于100 kN。

两帮锚杆：采用单向左旋无纵筋螺纹钢锚杆，规格为d18 mm×2 000 mm，锚杆的间排距为800 mm×1 000 mm，锚杆孔径为d29 mm，2卷树脂药卷端锚，锚固长度大于800 mm，锚固力不小于80 kN。

锚索：d15.24 mm ×6 500 mm，排距为2 000 mm，锚固长度不小于1 500 mm，锚固力不小于260 kN。

锚杆托盘：托盘采用8 mm×130 mm×130 mm的Q235金属托盘(或采用原方案托盘)。

锚索托盘：用废旧工字钢切割制成。

钢筋梯：钢筋梯采用d16 mm的钢筋焊接而成，长分别为3 800 mm(顶板)，2 200 mm(下帮)和3 200 mm(上帮)，外宽100 mm，中间焊接短肋间距与锚杆间距一致900 mm。

金属网：顶金属网规格为4.0 m×1.0 m，两帮规格为4.0 m×1.0 m，采用10#铅丝编织的菱形金属网，网格为50 mm×50 mm。

5 钻孔卸压置方案

为了使围岩高应力得到释放，结合上述计算结果，在巷道两帮部均匀布置2～3排卸压孔，卸压孔深度为5 m，直径d45 mm，排距800 m，布置于两排锚杆之间，如图4所示。

为了掌握1203工作面的材料巷和运输巷变形规律及支护方式的效果，对巷道进行了变形测定，测点布置如图5所示，观测结果如图6所示。

6 支护效果分析

从图6表面位移监测结果表明，采用“锚网梁+锚索+卸压”的综合技术措施对1203工作面回采巷道进行支护后，其围岩变形量较小，顶板下沉量都在20～60 mm范围内，两帮变形量在80 mm以内，部分断面两帮收敛达110 mm，但未发生明显的变形失稳现象，基本维持了巷道的稳定，取得了预期的效果。

图6 测点变形图

7 结论

高应力软岩沿空掘巷巷道支护问题，需首先确定合理的煤柱宽度，在此基础上通过：

1)设计卸压孔及预留围岩收敛变形量释放高应力;

2)加长锚杆长度、改进锚杆(索)间排和增加垫板厚度等优化支护参数和结构;

3)关键部位加强支护;

4)增设底角锚杆、帮角锚杆增加支护的整体性等支护技术，可以有效维护该类巷道的稳定。

上述方法在紫金煤业1203工作面高应力软岩沿空掘巷中应用后，施工完毕1～2个月时间内试验段巷道并未发生明显的变形及裂缝、断裂现象，有效地保证了巷道的稳定性，为工作面的安全高效回采提供了有力的保障作用。

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Research and Application of Gob－Side Entry Driving in High Stress and Soft Rock Mining Gateway

Meng Jun－jie

Gob－side entry driving in mining gateway of 1203 working face in Zijin coal mine.Roadway deformation damage is serious and difficult to maintain because roadway is at high stress areas，and the soft surrounding rock is crushing，together with the original tunnel support design is unreasonable.It is a serious impact on recovery of the face.According to production geological conditions of 1203 working face redesign the roadway support plan and support parameters.After use the“wire meshes beam and anchor cable and pressure relief”comprehensive technical measures in roadway supporting of 1203 working face，roadway deformation is small and surrounding rock is steady.The new retaining play a role in controlling the stability of surrounding rock.It plays a good role to ensure the working face safely and efficiently mining.It dramatically reduces the amount of roadway maintenance，and guarantees normal replacement of underground mining，and brings great social and economic benefits.

Roadway support;High stressed and soft rock mining gateway;Gob－side entry driving

TD353

A

1672－0652(2012)04－0010－04

2012－02－13

孟俊杰(1985—)，男，山西灵石人，2008年毕业于中国矿业大学，助理工程师，主要从事煤矿综采工作(E －mail)mengjunjie_2006@163.com