双采动影响下高抽巷支护技术研究

梁建辉，刘爱卿

(1.西山煤电(集团)有限责任公司 杜儿坪矿，山西 太原 030022;2.天地科技股份有限公司 开采设计事业部，北京 100013)

对于高瓦斯矿井而言，瓦斯含量的高低直接影响生产效率和生产安全，在瓦斯含量高的煤层，需要对回采工作面的瓦斯进行抽放，减少瓦斯超限［1］. 目前，瓦斯抽放采用较为普遍的是高抽巷和低抽巷，高抽巷一般是指位于开采煤层顶部处于采动裂隙带内的专用抽放巷道，高抽巷往往要经历一次甚至两次动压的影响，处于采动裂隙带内的高抽巷在强烈动压影响巷稳定性差。

目前，关于高抽巷的研究多是集中在高抽巷的抽放效果［2－4］，而针对高抽巷支护技术的研究较少，娄金福曾对顶板瓦斯高抽巷采动变形机理及优化布置进行了研究，认为底鼓是顶板瓦斯高抽巷典型的破坏特征［5］.然而针对采动影响下高抽巷的支护技术缺乏研究，特别是高抽巷要经历两次动压影响时，支护难度更大。

1 高抽巷层位布置及地质力学分析

1.1 高抽巷层位布置

西山煤电集团公司杜儿坪矿北三盘区8#煤层瓦斯含量高，为了解决回采过程工作面高瓦斯涌出问题，在其上部6#煤层中布置了瓦斯抽采巷道，称作68308 高抽巷。68308 高抽巷主要用于抽放北三盘区68308 和68309 两工作面瓦斯(巷道布置图见图1)，6#与8#煤层间距40 m，68308 与68309 工作面间煤柱宽度30 m.

图1 高抽巷与8#煤工作面位置关系图

高抽巷在服务期间内要受到两次采动的影响，而且服务年限至少5 年，支护难度增加。

1.2 高抽巷地质力学分析

在高抽巷中进行了1 个点的地质力学测试工作，包括3 个方面的内容:围岩结构、围岩强度和地应力，为巷道支护参数选取提供基础参数［6］.

巷道围岩结构窥视表明:在巷道顶板0 ～8.9 m为砂质页岩，呈灰黑色，局部有少量环向裂隙;顶板8.9 ～10.2 m 为石灰岩，呈深灰色，致密坚硬，无裂纹。可见，直接顶厚度大，稳定性好，影响围岩稳定性的弱面分布很少，有利于顶板的稳定。

围岩强度测试结果见图2. 砂质页岩的强度为40 ～60 MPa，平均为51.72 MPa，而灰岩的平均强度达到90 MPa，强度高，稳定性好。

图2 顶板围岩强度测试图

图3 煤体强度测试图

地应力测试结果表明，北三盘区6#煤的最大水平应力为32.81 MPa，最小水平主应力为16.54 MPa，垂直主应力为12.10 MPa.最大水平主应力的方向为N41°E(见图4)，根据相关判断标准，地应力在量值上属于高等地应力区。

图4 高抽巷轴向与最大水平主应力方向关系图

68308 工作面高抽巷沿北偏西25°方位布置，地应力对巷道支护的影响主要体现在其量值和方向上，高抽巷不仅地应力高，而且巷道布置也非最佳方向，因此，地应力对其影响非常大，巷道支护设计需要重点考虑地应力对巷道稳定性的影响。

2 工作面采动对高抽巷稳定性影响分析

8#煤层开采引起的上覆岩层活动对高抽巷的稳定性影响最大，这也是造成巷道围岩强烈变形的最大影响因素。基于地质力学测试结果，采用数值计算的方法，分析8#煤层开采过程中高抽巷围岩变形和破坏特征，为确定比较合理的巷道支护形式与参数提供理论依据。

2.1 建立数值模型

根据工作面实际条件建立的数值模型见图5. 高抽巷开挖后采用现有支护形式与参数，模拟8#煤层开采过程中巷道围岩的变形与破坏特征。

图5 数值模型图

2.2 高抽巷变形与破坏特征分析

根据杜儿坪矿采掘部署，数值模拟按照生产实际计算分析，先模拟68308 工作面回采过程高抽巷围岩的变形与破坏特征，再分析68309 工作面回采过程。

2.2.1 68308 工作面回采分析

北三68308 工作面回采后，高抽巷处于采空区正上方，由于采空区上覆岩层的运动，引起了高抽巷的强烈变形，见图6. 高抽巷右帮移进量达605 mm，左帮移进量达163 mm，顶底板移近量达400 mm，高抽巷表面位移发生急剧增加，表明68308 工作面回采引起的上覆岩层运动对其稳定性有显著的影响。

2.2.2 68309 工作面回采分析

高抽巷距68309 工作面的距离较远，水平距离65 m，因而受到上覆岩层活动造成的影响很小，巷道的变形状况见图7. 巷道的右帮移进量增加55 ～660 mm，左帮移进量增加91 ～254 mm，顶底板的相对移近量增加100 ～500 mm. 表明68039 工作面回采对高抽巷的影响较小，巷道表面位移增加幅度小，巷道可控性大。

图6 68308 工作面回采后高抽巷变形状况图

图7 68309 工作面回采后高抽巷变形状况图

由数值模拟可以看出，高抽巷正下方工作面回采引起的上覆岩层运动对其变形影响很大，再强的支护也无法抵御采矿引起的围岩运动产生的能量，不应该仅加强支护材料的强度，而应对材料的协调性进行优化，减小高抽巷受到下覆岩层运动造成的强烈变形。

3 巷道支护设计方案

高抽巷断面宽度4.2 m，高度3.3 m，采用树脂全长高预应力锚固锚杆锚索组合支护［7］，见图8. 锚杆采用d20－M22－2000 的400#左旋无纵筋螺纹钢锚杆，顶板间排距900 mm × 1 000 mm，两帮间排距1 100 mm×1 000 mm;树脂全长锚固，采用2 支锚固剂，1 支规格为MSCK2360，1 支规格为MSM2380;采用W 钢带配钢筋网护顶，钢带厚度3 mm，宽280 mm，长度3 800 mm.锚杆预紧力矩≥300 N·m;锚索采用d21.6－1 ×7－5 300 mm 高强度低松弛预应力钢绞线，间排距1 800 mm × 2 000 mm;锚索预紧力200 kN. 采用W 钢护板配金属网护帮，厚度4 mm，宽280 mm，长度400 mm.

4 井下试验

图8 高抽巷支护设计图

目前，68308 高抽巷受68308 工作面回采的影响，在巷道的掘进和回采期间均进行了巷道矿压监测，巷道矿压监测结果见图9，10.

图9 高抽巷掘进期间巷道的变形状况图

图10 68308 工作面回采期间巷道的变形状况图

由图9，10 可知:

1)掘进期间巷道的变形量很小，巷道顶底板位移量为20 mm，巷道的设计高度为3.3 m，占设计高度的0.60%;巷道两帮最大移近量为15 mm，巷道两帮移近量占实际掘进巷道宽度的0.35%.

2)下部68308 工作面回采期间，工作面滞后测站距离越远，巷道受到的影响越小，而当巷道位于采空区上方后，采空区围岩的垮落导致高抽巷变形量激增，在超前50 m 后，巷道两帮移近量达210 mm，顶底板移近量达160 mm，而且主要是底鼓，巷道顶板则保持了良好的稳定性。

矿压监测结果表明，巷道的变形量主要发生在工作面采空区的上方，且变形是一个长期的过程。通过树脂全长高预应力锚固锚杆锚索组合支护有效地控制了巷道的变形，预计68309 回采时巷道变形量不会增加过多。

5 小 结

1)高抽巷的稳定性主要受工作面采动影响，特别是采空区围岩的移动。

2)高抽巷所在区域最大水平应力为32.81 MPa，属于高等地应力区，且巷道布置轴向也非最佳方向，不利于巷道稳定。

3)高抽巷的变形主要发生在工作面采后阶段，且变形是一个长期持续的过程，采用树脂全长高预应力锚固锚杆锚索组合支护能够有效抵抗动压影响。

［1］ 赵云虎.煤层群邻近层瓦斯抽采走向高抽巷布置研究［J］.能源技术与管理，2013，38(4):32－40.

［2］ 李青柏，李文洲.高抽巷布置优化设计及分析［J］.煤矿开采，2010，15(5):28－29.

［3］ 丁厚成，马 超.走向高抽巷抽放采空区瓦斯数值模拟与试验分析［J］.中国安全生产科学技术，2012，8(5):5－10.

［4］ 刘如铁，张继高.走向高抽巷抽放瓦斯技术研究［J］.中国矿业，2012，21(1):122－124.

［5］ 娄金福.顶板瓦斯高抽巷采动变形机理及优化布置研究［D］.徐州:中国矿业大学，2008.

［6］ 康红普，林 健.我国围岩地质力学测试技术新进展［J］.煤炭科学技术，2001，29(7):27－30.

［7］ 刘爱卿.高预紧力全长锚固锚杆工况研究［D］.北京:煤炭科学研究总院，2012.