Y型通风条件下综放沿空留巷巷道稳定性控制

何建文 崔晋武

（山西高平科兴龙顶山煤业有限公司，山西 高平 048400）

1 工程概况

东峰煤矿隶属于山西兰花煤炭实业集团有限公司，位于山西省高平市原村乡下董峰村，井田处于沁水煤田高平矿区，主采3#煤层，井田面积15.5km2，开采深度标高859.97～549.97m，矿井生产能力1.20万t/a。在3G02工作面轨道巷进行沿空留巷，将轨道巷保留下来，作为3G01工作面的运输巷，沿空留巷总长度为615m。3G02工作面采用两进一回Y型通风，运输巷为主进风巷，轨道巷为辅助进风巷，通过留巷、3G01工作面切眼和轨道巷进行回风。沿空留巷轨道顺槽净宽5.2m，净高2.7m。巷内支护设计采用锚杆+π型梁联合支护方式；巷旁支护选择“矸石+料石”袋，同时在边缘位置布设板块石（其主要成分为中粒砂岩），实现对采空区隔离及顶板下沉支撑。

2 轨道顺槽变形破坏特征及机理分析

轨道顺槽采用上述支护方式后，整体的矿压显现较为剧烈，巷道围岩变形破坏严重，为掌握轨道顺槽变形破坏原因，现场对轨道顺槽变形破坏特征进行了勘查。

2.1 巷内基本支护问题分析

锚杆、π型梁组成了巷道基本支护体，从现场勘查情况来看，轨道顺槽表层围岩破碎非常严重。原支护系统中，锚杆被拉断的情况普遍，巷道整体围岩变形破坏剧烈，特别是轨道顺槽巷道顶板下沉非常明显，具体见图1所示。

分析导致这种情况出现的主要原因为：在原支护情况下，锚杆、π型梁并没有与围岩形成一体化的支护结构，特别是锚杆长度较短，没有挂网，应当发挥的对围岩的预紧压缩作用没有发挥出来，巷道深部围岩对浅层围岩的悬吊作用也没有有效发挥出来。

图1 原支护状态下轨道顺槽变形破坏情况

2.2 巷旁支护问题分析

在原有支护条件下，巷道顶板出现了大面积的沉降变形，巷旁支护选择的“矸石+料石”袋，出现了整体性被压碎的情况，见图2所示。

分析导致巷旁支护失败的原因主要为：选择使用“矸石+料石”袋形成巷旁支护结构，其相当于选择使用不同强度与刚度的材料“共同”来限制巷道顶板下沉。在这种“共同”支护条件下，随着顶板来压，矸石、料石材料将产生相近的变形量，但因为支护体刚度不耦合，各个“矸石+料石”袋所能够提供的支护阻力有差异，在支护的局部容易形成应力集中，当集中的应力超过“矸石+料石”袋强度时，将出现局部破坏。随着局部破坏面积的增加，巷道应力集中的情况将进一步延伸，巷旁支护失效的情况将会更多，从而导致运输顺槽出现大面积顶板下沉、巷旁支护料石被压碎的情况。

图2 原支护下巷旁支护体变形情况

为模拟“矸石+料石”袋变形破坏规律，选择使用在REPA中构建差异化刚度巷旁支护模型，得到了在共同支护条件下，随着支护材料力学性能的不同，表现出的破坏特征。具体见图3所示。

图3 不同刚度条件下支护体变形破坏特征

从图3中可看出，刚度相对较大的料石最先达到了强度极限，并随之出现了破碎、卸压，失去了支护能力。随着加载压力的不断增加，矸石在顶板的不断下沉过程中，其内部的应力也出现了不断提升，最终也出现了破坏现象。因此，通过理论分析与模拟，均得到在进行巷旁支护时，各个支护体之间应当形成支护结构的耦合，从而有效防止出现局部应力集中的情况，避免出现巷道支护体渐进式破坏。

3 轨道顺槽稳定性控制对策分析

当前，轨道顺槽在原支护条件下已经支护完毕，但是支护效果较差，因此，需对原有的支护进行针对性补强，同时，对轨道顺槽进行拓帮、挑底、控顶。

3.1 巷内补强支护机理及方案设计

考虑到在原支护条件下，原有支护强度较低且支护完整性较差的情况，对原有支护方案进行重新设计。具体为：

轨道顺槽设计为净宽5.2m，净高2.7m，采用锚网索梁联合支护方式，顶板锚索采用三二三二布置，锚索型号Φ17.8×8400mm；顶板每排采用6根高强锚杆支护，锚杆型号为Φ22×2400mm，间距950mm，排距950mm；煤帮采用高强锚杆支护，每排4根，型号Φ22×2400mm，间距750mm，排距950mm。超前工作面40m沿顺槽横向（垂直巷帮）采用一梁五柱加强支护，排距1m；滞后工作面100m沿顺槽横向（垂直巷帮）采用一梁三柱加强支护，排距1m。选用单体柱型号DZ31.5，超前π型钢梁4.8m长，滞后π型钢梁3.6m长。同时，选择使用全断面铺网，选择使用高强度钢筋网，网孔尺寸为100mm×100mm。

上述支护方案主要考虑在原支护条件下，巷道总体支护强度较低，对原支护中锚杆支护进行加强，同时配合使用钢筋网，从而在运输顺槽浅部形成“锚杆+钢筋网+浅层围岩+π型钢梁+单体液压支柱”复合支护结构，有效提升巷道浅部支护的整体性。同时，考虑到在原有支护条件下，巷道深部围岩稳定性没有充分发挥出来，在巷道顶板打设锚索，通过锚索作用，将锚索、深部围岩、“浅部复合支护结构”构成联合支护结构，有效保证巷道稳定性。

3.2 巷旁返修支护机理及方案设计

本次巷旁支护设计返修方案为“锚杆+矸石袋+钢筋网”。主要考虑全部设计采用矸石袋，能够提升支护体的均一性，增强其支护耦合性。同时，在矸石袋中打入锚杆，并铺设钢筋网，有利于增强整个支护结构的强度与刚度耦合，提升其整体支护强度。设计选择锚杆参数为Φ22×2400mm，间距750mm，排距950mm。支护实物图见图4所示。

图4 巷旁支护实物图

轨道顺槽总支护设计图见图5所示。

图5 轨道顺槽返修支护示意图

4 轨道顺槽返修支护效果分析

采用十字布点法对巷道变形情况进行了监测，得到巷道顶底板最大收敛量为98mm，平均收敛量为63mm，两帮移近量最大为112mm，平均移近量为74mm。在“巷内‘锚网索梁联合支护’+巷旁‘锚杆+矸石袋’支护”方案的支护下，轨道顺槽整体变形破坏情况得到了较好的限制，满足了轨道顺槽使用要求。

5 结束语

（1）沿空留巷在深部巷道支护过程中，使用频率越来越高，但支护问题也愈发突出，特别是随着巷道埋深的不断增加，传统沿空留巷支护方式在很大程度上已经不能满足深部支护需求，需结合煤矿实际特点，对支护方案进行针对性优化。

（2）巷旁支护设计是否合理成为沿空留巷支护成败的关键，因此，在具体设计的过程中需进行重点考虑。