跨采软岩下山巷道支护技术

周兴晖 陈俊宇

(浙江省遂昌金矿有限公司)

·实用技术·

跨采软岩下山巷道支护技术

周兴晖 陈俊宇

(浙江省遂昌金矿有限公司)

以白皎煤矿综采工作面底板跨采软岩下山巷道为工程背景，进行数值模拟和现场工业试验，分析了跨采巷道围岩变形破坏规律，提出了适用于当前跨采巷道的支护方案，解决了支护技术难题。现场应用结果表明，支护后巷道变形在合理范围内，支护方案合理可行，可在矿区其他类似地质条件巷道推广应用。

跨采 软岩下山巷道 数值模拟 联合支护

大量的研究表明，工作面开采会破坏巷道围岩的稳定性，其影响在于回采扰动破坏巷道围岩应力平衡和工作面超前压力对巷道的施加作用[1]。白皎煤矿地质构造十分复杂，矿区水平应力大于垂直应力，表现出明显的构造应力特征，导致巷道难以支护。下山巷道局部出现不同程度的喷浆块开裂、离层、脱落等现象，导致巷道变形严重、一般变形量在300 mm左右，部分巷道变形严重，围岩松动圈扩大，已经不能满足巷道的使用要求，给安全生产带来了极大的压力。

1 工程概况

开采的4#煤与轨道下山层间距为12.2～27.3 m，其空间位置关系见图1。下山巷道围岩为中、细粒砂岩，砂质泥岩，黏土岩；围岩的岩性复杂，泥岩、砂岩互层，且具有见水软化、膨胀等软岩特性，其顶底板岩性特征见表1。

图1 下山巷道与上覆煤层空间位置关系

2 跨采对下山巷道影响分析

利用FLAC3D数值模拟软件，结合现场围岩的力学参数，建立工作面跨采软岩下山巷道数值模型，模拟工作面不同的推进度下下山巷道围岩变形情况，分析跨采对下山巷道的影响范围[2]。

表1 顶底板岩性特征

综采工作面推进时，在跨采巷道的顶板、底板和两帮布置几个监测点，采用十字布点法布点，监测当工作面开采位置距巷道水平距离分别为-50，-30，30，50 m时顶底板及两帮位移值。具体位移变化见图2[3]。

图2 巷道围岩变形图

从图2可以看出，当工作面推采到距巷道50 m时，巷道底板变形大于两帮；距离30 m时，巷道底板变形加剧，两帮也有所变化；当工作面推进过巷道30 m时，巷道两帮及顶板位移变化明显，底板变形减小；采过50 m时，巷道两帮变形有所减小，并趋于稳定；当工作面推采过巷道大于50 m后，巷道围岩基本稳定[4]。

通过以上分析，确定工作面开采对底板下山巷道的超前影响范围为50 m，滞后影响范围为50 m。

3 跨采下山巷道支护设计

基于上述跨采超前影响范围的模拟分析，对白皎煤矿跨采软岩巷道采用高强度金属粗尾让压锚杆+预应力“鸟窝”让压锚索+W钢带联合支护。锚杆间排距为800 mm×900 mm；巷道顶板每排布置2根锚索，间排距为2 000 mm×1 800 mm，支护示意见图3[5]。

图3 轨道下山支护示意(单位：mm)

4 现场工业试验

在2114工作面采用确定的巷道支护方案，在巷道内设置测站，当工作面推采时，对其进行现场观测，包括巷道围岩变形及锚杆、锚索受力情况，以考察巷道支护方案的合理性[6]。顶底板及两帮移近量曲线见图4。

图4 顶底板及两帮移近量

从图4可以看出，工作面回采期间巷道顶底板及两帮均产生了变形。工作面开采到距测站60 m左右时，巷道开始变形，并随着工作面的不断推进，变形量逐渐变大，工作面开采过测站50 m后，巷道基本不再变形。由观测数据可知，测点一处的巷道两帮移近量为88 mm，顶底板移近量为105 mm；测点二处巷道的两帮移近量为72 mm，顶底板移近量为97 mm；测点三处巷道的两帮移近量为85 mm，顶底板移近量为97 mm。从总体趋势上看，巷道两帮移近量略小于顶底板移近量，顶底板移近量及两帮移近量均在允许的安全范围之内[7]。

随着工作面的推进，对各测点锚杆和锚索进行观测，选取其中最具代表性的几个测点，将收集到的数据整理绘制成锚杆、锚索测力变化曲线，见图5。

图5 锚杆、锚索测力计变化曲线

从图5可以看出，工作面刚开始推进时，各个测点锚杆、锚索测力计读数变化不大，当工作面推进到距离测点40～50 m时，因为巷道受工作面采动影响，测力计读数发生变化，在此之后随着工作面向前推进，锚杆、锚索受力逐渐增大，当工作面采过测站30 m后，测力计读数略有减小，然后不再变化[8]。

工作面开采期间对各测站顶板离层情况进行观测，各测站顶板离层情况见图6。

从图6可以看出，随着工作面推进，巷道顶板出现了一定程度的离层。测点一的巷道顶板浅部最大离层量是13 mm，深基点最大离层量是32 mm；测站二巷道浅部最大离层量为15 mm，深基点最大离层量为46 mm；测站三巷道浅基点最大离层量为12 mm，深基点最大离层量为28 mm。总体离层量较小，说明支护效果较好[9]。

图6 顶板离层仪变化曲线

5 结 语

通过数值模拟分析，得出了跨采软岩下山巷道的围岩变形破坏规律，确定了跨采工作面对软岩下山巷道的超前影响范围约为50 m，滞后影响范围约为50 m。根据跨采巷道的围岩破坏规律及影响范围，提出采用高强度金属粗尾让压锚杆+预应力“鸟窝”让压锚索+W钢带进行联合支护。通过现场矿压观测，工作面采完后，支护巷道围岩变形量在允许的范围内，效果明显，可在该矿区其他类似地质条件巷道推广应用。

[1] 潘伟国.大采深底板巷道群跨采技术研究[D].青岛：山东科技大学,2011.

[2] 李廷春.埋深跨采巷道变形机理分析[J].山东科技大学学报,2014,33(6)：25-31.

[3] 李桂臣.淮北矿区多次跨采巷道破坏特征及控制对策研究[J].采矿与安全工程学报,2013,30(2)：32-36.

[4] 宋召谦.近距离跨采影响底板软岩巷道围岩控制技术[J].煤矿安全,2014,45(10)：8-11.

[5] 刘学生.近浅埋煤层顶板破断力学模型研究[J].采矿与安全工程学报,2014,31(2)：38-40.

[6] 蒋金泉.跨采巷道围岩结构稳定性分类与支护参数决策[J].岩石力学与工程学报,1999,18(1)：65-69.

[7] 周荣章.跨采巷道支护理论及技术研究[J].矿上压力与顶板管理,1997,12(3)：23-26.

[8] 贾 民.深部近距离跨采煤巷围岩控制技术研究[J].煤炭工程,2014,46(9)：31-34.

[9] 熊礼军.深部近距离连续跨采巷道围岩稳定性控制技术研究[D].淮南：安徽理工大学，2013.

2015-07-06)

周兴晖(1989—)，男，助理工程师，321000 浙江省金华市。