巷道支护设计及钻孔卸压技术实践

赵冬生

（山西汾西矿业集团高阳煤矿， 山西 孝义 032300）

厚煤层开采在我国井工煤矿开采中占据较大比重，目前厚煤层的产量、储量在全国煤炭的产、储量中所占的百分比高达40%以上[1-3]，而厚煤层开采，其工作面回采巷道多布置在煤层中并沿煤层底板掘进，这种掘进方式具有综合机械化掘进、掘进速度快、掘进成本低等优势，却也存在巷道断面大、巷道留顶煤、顶帮煤体裂隙发育、围岩控制困难等问题。本文针对2207综放工作面轨道顺槽煤与泥岩复合顶板条件下的支护工作展开研究，分析其围岩破坏机理及支护原则，并依据具体地质生产条件设计针对性支护方案及钻孔卸压方案，从而实现采掘过程中对巷道围岩的有效控制。

1 工程概况

2207工作面开采水平标高+470 m，主采3号煤层，煤层底板标高范围+462～+516 m，煤层倾角0°～7°，煤层平均厚度5.75 m，煤层赋存结构较复杂，回采范围内含多条正断层及陷落柱，对回采影响较大。采用综采放顶煤回采工艺，一次采全高，全部垮落法管理顶板，机采高度3 m，放煤厚度2.75 m，割煤及放煤步距均为0.75 m。工作面顶板条件:直接顶为厚度1.5 m的砂质泥岩，裂隙发育较松软，老顶为5.3 m厚的细粒砂岩，水平层理，赋存较稳定，直接底为0.7 m的砂质泥岩，基本底为2.6 m的细粒砂岩。2207工作面轨道顺槽沿煤层底板掘进，巷道断面为矩形断面，规格为4 800 mm×3 500 mm（净宽度×净高度），计划采用锚杆索联合支护方式。

2 围岩破坏机理及支护原则

根据经典矿压理论及相关研究文献[4，5]，结合本工作面及巷道的具体地质生产条件，以及现场调研及矿压观测发现的围岩变形情况及特点，对2207轨道顺槽的围岩破坏机理进行分析。巷道开挖后，巷道围岩因临空面的产生，由三向应力状态变为双向或单向应力状态。对于巷道顶板，首先从顶板岩性条件分析，直接与巷道空间接触的是大约2.25 m厚的顶煤，其上为1.5 m的砂质泥岩直接顶，均为裂隙发育、易离层破碎的软弱围岩，对外部支护的依赖性高，不易支护；其次巷道两帮破坏及底板鼓起，使整个巷道围岩的整体性劣化，两帮及底板的破坏恶性循环，导致对顶板的支撑能力减弱，顶板岩层的塑性破坏区向深部发展，围岩的自稳能力减弱，需要在外部支护的帮助下在更大的范围内形成承载结构，对围岩的支护及强度提出更高要求。

在巷道支护方案设计时，必须考虑以下原则:

1）“支护—围岩”系统化原则。巷道支护不能脱离围岩条件而单独起作用是行业内的共识，在支护方案设计时必须充分考虑“支护—围岩”的系统化，支护结构要充分适应围岩、加固围岩，帮助围岩形成自己的承载结构，提高围岩的自稳能力及承载能力，削弱矿山压力对外部支护的依赖。

2）围岩内外协同支护原则。打设在围岩内部的锚杆、锚索等支护方式属于内部支护，支设在巷道空间内的单体液压支柱、木垛等属于外部支护。应重视围岩的内、外协同支护，而不能仅依靠一种方式，如对于已经使用锚杆索支护的顶板，巷道中部发生的弯沉变形，如果配合单体液压支柱进行巷道中部支护，则能起到很好的支护效果。

3）超前支护及加固原则。巷道掘进及初期支护完成后，围岩变形会有一个迅速发展并逐渐稳定发展的过程，受本工作面回采超前支承压力的二次扰动，围岩会再次发生剧烈变形。因此必须在二次扰动前对巷道进行超前支护及加固，防止围岩变形的大量积累或失控，保证巷道的足够断面空间。

4）支护方案及围岩管理的互馈调整。根据现场矿压观测结构及围岩变形控制情况，及时分析支护方案及顶板管理措施的合理性，并进行互馈调整，使支护方案及顶板管理措施更好的适应现场地质生产条件，并为后续相似条件的巷道提供借鉴。

3 支护方案及钻孔卸压方案设计

3.1 巷道支护方案设计

该巷道设计沿用本采区其他工作面顺槽的支护方式，即锚杆索—金属网联合支护方式。其中顶板锚杆选用L=2 400 mm，Φ22 mm高强螺纹钢锚杆，顶部每排6根，间排距860 mm×1 000 mm，帮部锚杆选用L=2 400 mm，Φ22 mm高强螺纹钢锚杆，每排3根，间排距1 300 mm×1 000 mm，均适用两支中速树脂锚固剂；顶板锚索选用L=4 300 mm，Φ22 mm钢绞线锚索，每组3根，采用小三花布置方式，间排距2 400 mm×2 000 mm，3支树脂锚固剂，施加预应力不低于250 kN，配合钢筋托梁及金属网支护。

3.2 钻孔卸压方案设计

工作面回采过程中，2207轨道顺槽受采空区侧向支承压力、本工作面侧向支承压力、工作面超前支承压力叠加影响，尤其是工作面与轨道顺槽三角区域、轨道顺槽超前30 m范围内，巷道顶板下沉明显，两帮剧烈收缩，矿压压力动压显现明显，围岩控制困难。在采取相应超前支护方案的前提下，设计在工作面周期来压前夕即动压影响前采取钻孔卸压措施。设计打钻位置在轨道顺槽内超前煤壁10～30 m范围内，每次打钻孔5个，孔距5 m，孔深不低于15 m，孔径110 mm。打钻孔垂直煤壁打设，孔口位置距离底板1.5 m。打设时机根据现场矿压观测、周期来压步距综合确定。

4 结语

从现场工程实践情况及后期矿压监测数据分析可以得出:本支护方案对巷道围岩控制效果良好，受回采应力扰动前（巷道位于煤壁50 m以外）巷道顶底板移近量控制在30～106 mm，两帮移近量控制在25～112 mm，围岩控制效果较好；受回采应力扰动后，综合使用支设超前液压支柱、打卸压钻孔、煤层注水软化降尘等围岩控制措施，巷道围岩变形虽明显发展，但整体控制效果稳定，满足了行人、通风、运输等各项安全生产要求。