石港煤业15107 进风巷加固技术应用研究

孙福军

（山西石港煤业有限责任公司，山西 左权 032600）

1 工程概况

阳煤集团石港煤业有限公司所属的15107 工作面平均埋深280m，工作面东部为未采掘的15109工作面，西部为回采的15105 工作面，北部为一采区回风巷，南部为刘家庄村保护煤柱，工作面之间区段煤柱宽度为30m。15107 工作面掘进巷道煤层底板总体为单斜构造，局部地段发育有次一级的向、背斜构造。工作面回采巷道顶底板详细情况如表1 所示。15107 工作面煤层厚度6.8～7.63m，均厚7.2m，煤层倾角最大10°，最小5°，平均倾角7°。15105 工作面回采初期，临近的15107 进风巷围岩出现明显的变形失稳现象，若不采取适当的治理措施，将无法满足15107 工作面正常生产的要求，据此展开了相关的研究。

表1 顶底板岩性特征表

2 15107 运输巷变形特征分析

2.1 原有支护方式

15105 进风巷掘进时采用“锚网梁”联合支护。顶板锚杆间通过直径16mm 圆钢焊制的钢筋梯子梁联结，材质为MSGLW-400 型左旋无纵筋螺纹钢，直径为20mm，长度为1600mm，间距为1000mm，排距为1000mm。其中靠近巷道肩窝处锚杆以75°外扎角进行安装，每根锚杆采用两支树脂锚固剂，规格为K2335 和Z2360。顶锚索使用Φ17.8×5400mm 的钢绞线配Φ23×1200mm 的树脂药卷，并配200×125×12mm 的方形托盘。锚索每排1 根，排距2000mm。两帮锚杆规格与顶板锚杆相同，使用规格为 90×100×6mm 的拱形托盘，锚杆采用“二二”布置方式，所有锚杆垂直巷帮施工，每根锚杆采用两支K2335 型树脂锚固剂，锚杆间通过钢筋梯子梁联结，锚杆间排距为1000×1000mm，最下部的锚杆距离底板600mm。顶板金属网使用1.0m×3.9m 的经纬网，顶网长边垂直于巷道前进方向铺设，长边与长边搭接，短边与帮网搭接，帮网长边平行于巷道前进方向，搭接长度不小于100mm，每隔200mm 联网一道，联网时将14#铅丝对折成双股。

2.2 15107 进风巷破坏现状

15107 进风巷掘进期间围岩稳定性良好，无明显的位移破坏现象，而临近的15105 工作面回采初期，15107 进风巷内多处出现片帮、底鼓等现象，巷道整体变形严重。通过现场实地观测可将整条巷道围岩破坏情况划分为三个阶段：（1）采动影响前。距离15105 采煤工作面较远的区域，基本不受工作面采动的影响，巷道围岩稳定，变形量很小，原有支护基本能够维持巷道的稳定。（2）采动影响中。此段巷道距离正在回采的15105 工作面较近，与工作面的直线距离最短，受到采动影响最为剧烈，围岩开始出现较大的碎胀变形，但整体而言巷道围岩破坏程度较轻。（3）采动影响后。该巷段位于15105 工作面后方，采动影响后巷道围岩的稳定性大大下降，巷道表面持续变形，顶板冒落严重，严重威胁煤矿的安全生产。

为更加具体地了解15107 进风巷巷道变形破坏的特征，对15105 工作面前方的15107 巷段内进行围岩位移量现场测量，得到结果如图1 所示。在距邻近回采工作面较远处（100m 以外），巷道围岩的变形量较小，两帮移近量维持在200mm 以下，顶底板相对移近量在500mm 左右；与工作面距离在100m 以内时，巷道的变形量开始迅速增大，两帮移近量和顶底移近量分别达到580mm 和790mm；在工作面推过该区域后，巷道围岩的变形并没有停止，围岩变形量持续增大。

根据现场考察情况总结可得15107 进风巷围岩变形特征为：（1）岩体变形快且变形量大。在临近工作面采动影响下，两帮变形速度最大可达25mm/d，顶底板相对移近速率可达40mm/d，巷道围岩变形迅速变化剧烈。（2）巷道变形受采动影响剧烈。巷道变形速度与临近工作面的距离密切相关，距离临近工作面越近，变形速度越大。

图 1 与邻近回采工作面不同距离处围岩变形量

3 巷道破坏机理及加固技术

结合现场矿压观测结果，对15107 进风巷原有支护方案分析可知，巷道围岩失稳破坏主要因素包括：（1）动压影响剧烈[1-2]。无动压影响下巷道围岩稳定，临近15105 工作面的回采导致巷道围岩逐渐失稳破坏，且在采动影响后围岩持续破坏。（2）支护强度严重不足。顶底板相对移近量在距回采工作面300m 时即开始明显增大，顶板支护强度明显不足，顶板下沉必然导致两帮受力状态恶化，最终导致围岩整体失稳破坏。

为确保15107 进风巷围岩的稳定，设计在原有支护的基础上对整条巷道进行补强加固，采用“强帮强顶”的加固理念[3-4]，具体补强方式为：在原有顶板锚索两侧各补打一根规格为Φ17.8×5400mm的钢绞线锚索，锚索间距为1000mm，垂直顶板施工，锚固方式为高强预应力锚固，采用一支K2335和两支Z2360 树脂药卷，锚固长度1550m。帮部补强支护在原有锚杆支护的基础上，在原有支护锚杆排与排之间增加两根锚杆或者增加一根锚杆和一根锚索，增加的两根锚杆间距为800mm，下部的锚杆距离底板300mm，锚杆规格和锚杆方式与原有支护相同，增加一根锚杆和一根锚索时，锚杆与锚索间距同样为800mm，锚索规格和锚索方式与顶板补强锚索相同。15107 进风巷补强支护详情如图2 所示。

图 2 15107 进风巷支护系统布置图

4 应用效果

为有效控制15107 进风巷围岩的过度变形，采用上述方案对整条巷道进行加固，在15107 进风巷内布置围岩变形监测站，临近15105 工作面回采影响下巷道围岩位移情况如图3 所示。由图 3（a）可得，测点与临近工作面距离小于80m 时，巷道围岩的位移开始明显增大。当15105 工作面与测点平行时，顶板下沉量达到最大为198mm，底板底鼓量为32mm，煤柱帮变形量为54mm，实体煤帮变形量为42mm，顶底板相对移近量最大为230mm，相比加固前（790mm）减小了70.9%，两帮移近量最大为96mm，相对于加固前（580mm）减小了83.4%。由此可知，加固后的15107 进风巷在临近工作面采动影响阶段围岩位移量显著减小。由图3（b）可得，临近工作面推过测点后，巷道围岩的位移仍在持续。工作面推过约70m 后，围岩的位移量趋于稳定，顶板下沉量维持在600mm 以下，底板底鼓量约为105mm，煤柱帮变形量约为240mm，实体煤帮变形量约为130mm，相较于加固前巷道的变形量明显减小，且经过采动影响后围岩仍能最终稳定，经过简单的修复即可满足服务于15107 工作面的断面要求。

图 3 临近工作面采动影响下围岩变形曲线

5 结论

15107 进风巷成巷后围岩出现了明显的失稳破坏现象，通过现场勘查、矿压监测等方法研究，发现距15105 工作面较远的巷段内，围岩位移很小，距15105 工作面较近的区域巷道围岩位移速度快，围岩变形量较大，15105 工作面后方的巷段内，围岩持续变形，巷道失稳破坏严重。设计对15107 进风巷整体进行加固，围岩位移监测结果表明，巷道顶底板移近量减小了70.9%，两帮相对移近量减小了83.4%，且工作面后方围岩逐渐趋于稳定。