复杂条件下区段巷道合理支护方式技术研究

杜芳周

（陕煤集团铜川矿业公司柴家沟井，陕西 铜川 727000）

区段巷道作为工作面回采巷道，是矿山生产的主要井巷之一。其巷道设计合理性不仅关乎煤矿安全生产。因此，在矿山生产过程中，对区段巷道支护措施合理性定期评估具有重要意义。为此，我国大量学者对此进行研究，潘一山[1]基于屈曲原理，通过大量实验研制出一种特设几何形状的吸能构件，通过该构件可缓解支架在工作面来压过程中所受到的冲击作用，保护支架不受破坏；马念杰[2]提出对接长锚杆支护新技术，研究结果表明，当顶板下沉200mm时，对接长锚杆破断率仅为1%，较锚索破断率相差十倍，取得了良好的经济效益；余伟健[3]通过分析半煤岩巷的内在力学原理提出，在进行巷道支护时，可通过利用两肩、两窝应力集中压缩区稳定岩体的承载力。尽管目前大量学者对此进

行研究，仍有部分矿井在工作面推进过程中顺槽破坏严重，煤壁出现片巷道出现底鼓等现象，结合此类问题，以某矿区40108工作面顺槽为研究背景，进行区段巷道合理支护方式技术研究。

1 工程概况

矿区主采4#煤层，煤层属坚硬顶板厚煤层，采煤工艺为综采放顶煤采煤法，全部垮落式处理顶板。40108工作面走向长1920m，工作面宽180m，平均煤厚11.5m，在回采过程中，割煤高度3.4m，并有2.0m底煤预留，放煤平均煤厚6.1m。该工作面直接顶为厚的具有水平纹理的层状泥岩，平均厚度1.0m，老顶为粉砂岩，平均厚度3.18m，底板为厚4.07m的铝土质泥岩。

在回采40108工作面的过程当中，会严重的破坏到顺槽的围岩，主要表现为以下几种：顺槽有严重的底鼓情况，造成设备列车倾斜的情况；出现严重的顺槽顶底板移近的情况，如此一来就会出现顺槽净空与实际回采标准不符，设备列车前行无法顺利进展的情况。对工作面的安全回采工作造成了严重的影响，在推进工作面的基础上还要用大量的物力以及人力来再次修复顺槽，进而导致回采速度下降，严重的话还会就此停滞不前。

2 数值模拟

2.1 模拟工况

结合现场调研资料，我们来分三种情况来模拟卸压槽开挖、现有支护方案以及锚杆(索)加固，如表1所示。为了对底鼓治理方案是否合理进行验证，我们对顺槽围岩的变形特征以及应力状态在三种治理方案下的不同情况进行分析。

表1 支护方案工况表

2.2 模型建立

计算模型为二维模型，模型尺寸为宽×高=60×70m，巷道断面为宽×高=5.2m×3.3m。其模型为摩尔～库仑塑性，通过法向方式来约束模型的左侧两侧，对上部不进行约束，而底部的话则采用全部约束的方式来进行，在模型的上部施加覆岩层自重应力。一共有11724个节点和8358个模型组成。

2.3 模拟结果

通过分析现有支护方案下Z方向应力云图我们发现，两帮竖向最大应力为19.3MPa；而由于巷道顶板受到锚索以及锚杆预应力的关系，竖向应力为2.3MPa。而在分析了现有支护方案下顺槽围岩水平应力云图后我们发现，在无支护结构约束的条件下，巷道底板的应力值相对较低，会释放一部分的压力；巷道顶板由于受到锚索的挤压加固，其水平应力大概为4.1MPa。

表2 现有支护方案下Z方向位移移近量表(mm)

分析探索后我们发现，在面对顺槽围岩变形的情况下，现有的支护方案可以对其进行一定的控制，但是因为没有达到足够的支护强度，且没有充分考虑到底板的控制情况，会造成严重的底鼓以及较大的围岩变形情况。

综合上述分析可得，底鼓治理方案通过提高支护强度参数来控制顶板以及顺槽的变形情况，再者采用开槽泄压的方式来集中释放底板压力，从而也有效控制了底板的变形情况。

3 结论

（1）就其评价结果而言，现有的顺槽支护方案与安全回采标准不符。在对工作面顺槽破坏原理进行分析的过程当中，与围岩松动圈、矿压显现规律以及动压系数等具体现象相结合，对控制围岩的具体方式、所得参数以及工程类比法等进行综合计算，从而来进一步完善回风顺槽以及运输顺槽的支护方案。

（2）顺槽“锁脚钢管+注浆+树根桩+卸压槽”底鼓综合治理技术理念的提出，使巷道应力环境得到了进一步改善的同时，还使巷道支护结构强度得到了有效提升，不但要对两帮和顶板进行加强支护。

（3）在布置形式方面我们采用“2+3+2”来替代了之前的“2+1+2”的形式，从而合理控制了顺槽顶板的变形情况；因为对锚索进行加密的方式具有一定的减跨效果，从而使顺槽顶板的变形情况变得越发均匀。

（4）采用了注浆加固后的锁脚锚杆使岩层愈加稳固的同时还是其自稳能力提到了有效提高；而其本身所具有的抗剪切作用，能够对帮部变形传递至底板的情况进行有效阻止。

（5）分析所得顺槽支护方案能够对其围岩的变形情况进行合理控制，与现阶段的安全回采标准相符。