马头门巷道变形监测及破坏原因分析

王先科袁士杰

（1.河南省煤炭科学研究院有限公司，河南郑州 450001；2.平煤神马建工集团有限公司安装处，河南平顶山 467000）

马头门巷道变形监测及破坏原因分析

王先科1袁士杰2

（1.河南省煤炭科学研究院有限公司，河南郑州 450001；2.平煤神马建工集团有限公司安装处，河南平顶山 467000）

马头门是煤矿生产的咽喉部位，因其具有断面大、周围巷道多、应力集中明显等特性，使得马头门巷道的支护问题成为影响矿井安全高效生产的瓶颈。本文以羊东矿为工程背景，采用现场观测、理论分析的方法，首先分析原有支护体系下马头门巷道的变形规律；其次，结合现场实际理论分析马头门巷道变形破坏的主要原因，为羊东矿马头门巷道的变形治理提供科学的理论依据。

马头门；变形规律；破坏原因

马头门是煤矿生产的咽喉部位，是连接井筒与井底车场的关键位置，是矿井提升、运输的咽喉［1-4］。马头门处巷道布置较多，断面较大，是矿井支护的难点和重点，尤其在矿井开拓阶段，由于该处相邻巷道较多，应力场叠加现象明显，造成围岩受力不均衡，局部应力集中严重，支护困难，给矿井安全有序生产带来巨大影响［5-8］。因此，掌握特定地质条件下马头门变形规律，探究失稳机理，对于马头门巷道的失稳加固及支护设计意义重大。

1 工程背景

河北省冀中能源峰峰有限公司羊东矿隶属于河北省邯郸市峰峰矿区，主采煤层为2#煤，煤层厚度平均5.5m，煤层倾角为8°～12°，副井马头门位于2#煤层底板中粒砂岩层位，平均埋深1 015m，顶底板均为粉砂岩。由于巷道埋深较深，围岩应力较大，受周围采动影响，应力集中现象明显，主要变现在顶板岩石碎裂、马头门巷道两帮混凝土喷层剥落、离层严重，巷道底板鼓起，底角内移，围岩变形量大。

在生产过程中，马头门巷道维修加固频繁，而且效果一般，维修周期较短，维修费用累计高昂，严重影响矿井的高产高效及安全生产。究其原因，主要是对马头门巷道变形失稳规律缺乏分析总结，对失稳机理认识不深刻，因此急需从现场观测、理论分析角度探究失稳的机理，为马头门合理的支护方式提供理论依据，从源头上解决羊东矿马头门支护难的问题，确保矿井安全高效生产。

2 马头门巷道变形监测

2.1 原支护系统

羊东矿马头门巷道为直墙半圆拱断面，荒宽×荒高= 6 400mm×6 500mm，原支护方式为锚网喷支护；锚杆采用左旋无纵筋高强锚杆，规格为φ22mm×2 400mm，间排距800mm×800mm。每根锚杆配三卷Z2335型树脂药卷，金属网采用φ6mm单层钢筋焊接网，网孔80mm×80mm，金属网搭接长度100mm，为了防止岩体较大变形对喷层的破坏，设计初喷厚度70mm，以形成柔性喷层，使巷道围岩应力有一定的释放。待巷道收敛变形稳定后，再复喷80mm厚混凝土，喷射混凝土的强度C20。巷道断面布置如图1所示。

图1 原支护系统图

2.2 围岩变形现场监测

本次变形观测采用十字交叉法表面位移监测方法，主要分析指标有顶底板相对移近、两帮相对移近、顶板下沉及底鼓量。在副井马头门轴向中央相隔5m位置布置2个观测站，每个测站内布置4个测点，位于同一断面内，如图2所示。为保证测点的稳定可靠，分别在顶板、底板、左右两帮测点处钻入100～200mm钻孔，打入木塞，木塞端部打入铁钉作为测量基点，顶板及一帮基点钉子上固定无弹性的测线，进行为期40d的观测。

图2 测点布置图

根据测量结果，分析巷道周边相对位移变化速度、变化率，深入了解巷道变形的趋势和规律，并且可以绘制出巷道围岩变形量和变形速率随时间的变化关系，如图3、4所示。

图3 原支护方式下巷道收敛变化曲线图

图4 原支护方式下巷道相对收敛速率变化曲线图

通过图3、4监测结果数据分析可知，一是巷道变形量大。从监测数据来看，两测站内顶底板最大移近量为453mm，两帮最大移近量为540mm。其中，第一测站巷道两帮移近量为540mm，顶底板的移近量为453mm；第二测站巷道两帮移近量为501mm，顶底板移近量为427mm。初期马头门巷道围岩变形速率较大，其中第一测站巷道支护初期顶底板相对变形速率达13mm/d，两帮相对变形速率达16mm/d；第二测站巷道支护初期顶底板相对变形速率达12mm/d，两帮相对变形速率达15mm/d。说明支护初期，支护系统提供的支护强度未能有效约束巷道围岩的变形，反映了原支护体系的不合理。

二是变形持续时间长。根据现场观测，巷道开挖后围岩剧烈变形阶段大约要持续30d，减速变形阶段要持续数月甚至数年时间才能完成，有时当变形继续扩大，会造成巷道支架的失稳。在马头门巷道监测3个月时间里，第一测站巷道两帮的日收敛速率为1.7mm/d，顶底板日收敛速率为2.0mm/d；第二测站巷道两帮的日收敛速率为1.8mm/d，顶底板日收敛速率为1.5mm/d。可见，在原支护方式下马头门巷道仍在以一定速率变形，围岩并没有达到稳定。

3 马头门巷道破环原因分析

通过以上数据分析，可知羊东矿马头门巷道变形严重，处于长时间的流变状态，说明了支护体系无法约束围岩的持续变形，反映了支护方式的不合理。通过调研发现，该处支护作业时仅通过锚网喷一次支护的方式来约束围岩，支护过后针对变形严重地点通过补打锚杆锚索喷层进行修复，缺乏对围岩变形的规律归纳总结，实质是对二次支护及联合支护的认识不足。

3.1 二次支护时间把握有误

二次支护过早，围岩膨胀变形能量得不到释放，支护体难以抗拒围岩巨大的塑性变形而发生变形，破裂；若二次支护时间过晚，膨胀变形虽已得到释放，但围岩支护强度大部分已丧失，围岩离层破碎现象明显，无法发挥围岩自身的承载能力，二次支护仍无法有效地支护围岩。因此，二次支护最佳时间应选择在一次支护后围岩充分变形卸压，变形量趋于稳定。又不因围岩过大的变形丧失强度时对围岩进行二次支护，才能控制巷道的变形，保证巷道的稳定［9-11］。

3.2 正确采用联合支护方式

随着矿井开采深度的逐步延伸，千米矿井越来越多，羊东矿马头门埋深已经达到了千米，虽然巷道布置在岩性较好的岩层中，但是高地应力的存在，使得现在单一的支护已经满足不了巷道稳定的要求，应采用联合支护的方式［12，13］。联合支护是柔性支护与刚性支护的组合，联合支护中单一支护各自充分发挥其所固有的性能，取长补短，共同作用，以适应围岩变形的要求，最终达到围岩和巷道稳定的目的。一般要求初期支护是柔性支护，一般采用锚喷支护，允许巷道有一定的变形，待变形趋于稳定时最终采取大刚度高强度支护。

4 结论

本文以羊东矿马头门巷道为背景，通过分析马头门巷道变形规律，总结得出羊东矿副井马头门变形破坏的主要原因是支护体系不合理，二次支护认识不深刻，二次支护时机把握不准确。因此，应选择联合支护的方式加强围岩自承能力，约束高应力马头门巷道的变形失稳。本文为羊东矿马头门巷道的支护提供理论指导，对羊东矿安全高效生产具有重要意义。

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Analysis of Deformation Monitoring and Destruction Reasons about the Ingate Roadway

Wang Xianke1Yuan Shijie2
（1.Henan Province Coal Science Research Institute Company Limited，Zhengzhou Henan 450001；2.Installation Department of Pingdingshan Shenma Construction Engineering Group Co.,Ltd.，Pingdingshan Henan 467000）

Ingate is the throat site of coal mine production,because of the characteristics of large section,more roadway around and the obvious stress concentration,the support problem of the Horsehead tunnel becomes the bottleneck of the safe and efficient production of the mine.Based on the engineering background of Yangdong coal mine, using the method of field observation and theoretical analysis,this paper analyzed the deformation law of ingate roadway under the original support system,and analyzed the destruction reasons of ingate roadway deformation law of ingate roadway combined with the actual situation,to provide a scientific theory basis for the deformation control of ingate roadway in Yangdong coal mine.

ingate roadway；deformation law；destruction reason

TD326

A

1003-5168（2017）04-0123-03

2017-03-18

王先科（1987-），男，大专，助理工程师，研究方向：煤矿类设施设备安全检测检验业务方向。