回采巷道预应力护帮变形控制技术探究

王宪来

摘 要：本文基于笔者兖州煤业股份有限公司东滩煤矿多年工作经验，我理论结合实际的工作前提下展开相关研究。为回采巷道预应力护帮变形控制技术的发展提供建设性意见。

关键词：回采巷道;预应力;控制;技术

1 工程概况

东滩煤矿，1989年12月正式建成投产。这是我国自行设计、自行建设的特大型现代矿井，设计生产能力400万吨/年、核定生产能力750万吨/年。井田处于兖州、曲阜、邹城三市交界处，交通发达，铁路、公路、水路和海运条件非常便利，历史文化资源和经济发展环境得天独厚。矿井埋藏深，实测-660米水平以下;总储量84897.1万吨，可采储量37661.6万吨;主采煤层为三层煤，平均厚度8.41米，属低瓦斯矿井。煤质稳定，具有低灰、低硫、低磷、高发热量、高挥发分、高灰熔点的特点，是优质的动力煤和炼焦配煤。

63上06综采工作面设计总工程量3530m（表1）。

合计 设计总工程量3530m。

63上06综采工作面需要锚杆支护设计的煤巷有轨道顺槽、运输顺槽、开切眼（含扩面），其中运输顺槽及开切眼为实体巷道，轨道顺槽与63上05采空区留设最小煤柱4m。根据63上06综采工作面围岩地质条件和服务要求及以往3煤层巷道在掘进期间的锚杆支护经验，并参考其矿压观测资料，采用工程类比法，对本面锚杆支护参数设计如下：

轨道顺槽断面形状为直墙斜顶梯形，其断面尺寸净宽×净高（中）为5.2×3.7m，顶板使用5m长的M5型钢带与1.0m的M5钢带搭接施工，配7根φ22×2400mm锚杆，锚杆间排距920×900mm（700×900mm）;高帮采用两根1900mm长的Ω锚索梁压茬施工，配2根φ22×2400mm锚杆和3根φ22×4300mm锚索，锚杆（索）间排距为850×900mm;低帮采用2.5mΩ锚索梁;配2根φ22×2400mm锚杆和2根φ22×4300mm锚索，锚杆（索）间排距为700×900mm;

运输顺槽为实体巷道，其断面尺寸净宽×净高（中）为5.2×3.7m，顶板使用5.0m M5钢带，采用6根φ22×2400mm锚杆，锚杆间排距950×900mm;高帮采用两根1900mm长的M3钢带压茬施工，采用5根φ20×2000mm锚杆，锚杆间排距为850×900mm;低帮采用2.5m M3钢带，采用4根φ20×2000mm锚杆，锚杆间排距为700×900mm;

2 变形控制机理分析

回采巷道根据运用领域的不同与研究方面的差异，其定义也有着不同的含义。当前最具典型的定义有针对工程领域提出的工程软岩概念，即为工程外力作用下软岩能在一定限度内进行塑形变形。根据其变形规模与特性可以将其分割为有软弱性、可塑性、膨胀性、崩解性、流变性以及工程扰动性等。而在实际运用领域，可以根据当前工程实际经验进行低强度软岩、膨胀性软岩、破碎软岩、高应力软岩的典型性四大类划分。其中低强度软岩抗压、抗剪等强度特性最弱，工程实践中常遇到由软弱煤层、砂质泥岩、泥岩等层段。颗粒胶结程度极低。完整性差，工程穿越时需格外注意。另外膨胀性软岩因为其矿物含量变化与辅助结合性的不同，在黏土水合物作用下产生不定形变作用力。在岩石孔隙和裂纹中进行收敛和支撑。产生不可逆转的完整性破坏。破碎软岩与高应力软岩在基岩性质上往往物性较好，力学性质显著。其工程上可以进行技术处理和规避，需要注意的有在地质构造剧烈区应注意断层破碎带、采空区等不良因素的影响。同时开采到了深部以后，会出现软岩大变形、强流变等突然性事件。

基于以上回采巷道类型分析叙述，在地层复杂构造应力与岩石物性特征影响宏观、微观考量范围下回采巷道的破坏特性复杂而多变。在此笔者进行简化性经验分享，将围岩变形特征进行四个方面的总结性概况：1、围岩来压快，变形速率高。围岩挖掘因为工程进度要求与现场工艺标准必须短时间进行揭露，但因为岩石特性其变形时间更短。如若支护工序正在进行或者还没来得及支护就发展剧烈形变其后果不可想象;2、巷道出现大规模变形，且持续时间长。如若遇到流变性岩体在岩石综合受扰情况复杂前提下，岩石变形难收敛导致后续严重工程问题;3、不同情况下软岩典型膨胀特征，会导致工作面的底鼓变形;4、脆性岩石对水、风、压力、震动等外界因素反应敏感性导致是一些工艺不可使用或者使用失效。

3 控制对策及支护技术分析

根据现场工作实际需要，现提出回采巷道围岩控制对策如下：1、优化巷道穿越位置，运用软岩地层不同力学物性，在避免高应力区等不稳定性地层前提下进行有效的拱形、马蹄

形断面支撑，并考虑到变形空间问题;2、通过锚杆支护和注浆加固等常规手段进行高围岩的整体强度的实质性加固;3、根据围岩物性进行水、风等不良作用对围岩软化而导致破坏的控制性工序;4、通过现代工程建模进行科学精细的结构化支护设计，并按照工时和材料配给保证短时间内的巷道支护一次完成。

随着工艺的进步与设备的长足发展。在工程探索和基础研究的帮助下传统的锚杆支护、注浆加固、可缩性金属支架、钢筋混凝土圈体四种基础支护技术在运用广泛性与现场质量上都得到显著提升，而在几种支护形式的联合使用上更是改善了现场施工形式。概况来讲当前主流的回采巷道修复支护技术有：1、高预应力锚固与注浆联合加固技术;2、横阻大变形锚杆和锚索软岩支护技术;3、锚喷与混凝土整体圈复合支护系统。

相比以前施工对于含有膨胀性矿物的回采巷道在使用横阻大变形锚杆和锚索户可以有效控制达1000mm以内的大规模变形，而高预应力锚固与注浆联合加固能浆将裂隙充填，将松散、破碎软岩粘结成完善性较强的整体结构，增加围岩的可锚性。全面提升施工质量。

4 结语

综上所述，随着科技的进步与人类的发展除了深部高地应力巷道、软岩大变形巷道、冲击地压巷道是煤矿难支护巷道的几种类型，国内外相关学者正向着新型材料解决岩石力学机理方面进行研究。而当前的锚杆支护应该是困难巷道支护的主体，高强度、高刚度、大延伸率、耐冲击是其基本发展方向。我国现阶段对难支护巷道的研究还不够系统深入，需要在搞清机理的前提下，针对不同类型的难支护巷道研发适合的系列支护材料，并配以适当的施工工艺和装备，逐步形成系统的成套技术。

参考文献

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