平煤十二矿31030工作面进风巷破碎围岩控制技术

赵云龙

（平煤股份十二矿，河南 平顶山 467000）

1 工程概况

河南平煤股份十二矿己16-17-31030工作面进风巷掘进工作面位于三水平东翼上部，巷道南邻己14-31050上进风巷，北邻己15-31030工作面进风巷、己15-31050回风巷，东邻十二矿井田边界，西邻三水平四条下山，工作面上覆为己15-31030工作面采空区，掘进巷道沿己16-17煤层顶板施工，上部为己15煤层采空区，平均间距为0.7m，己16-17煤层整体赋存较稳定，结构简单，煤厚0.7m～2.1m左右，平均煤厚约2m，平均倾角为8°。己16-17煤层直接顶为灰色砂质泥岩，均厚约0.7m；直接底为灰色砂质泥岩，均厚0.5m，基本底为灰白色细砂岩，均厚约1.8m。己15煤层平均厚度1.6m，其直接顶为灰色砂质泥岩，含大量植物化石，普氏硬度3～5，厚4.5m。

由于己16-17煤层上覆为己15煤层采空区，平均间距仅为1.2m，上覆煤层回采后覆岩会逐渐垮落，致使巷道围岩整体较为破碎，故己16-17-31030工作面进风巷断面选用拱形断面，断面尺寸为掘宽×掘高=5.76m×3.6m，现为保障巷道破碎围岩的稳定，进行支护方案的设计分析。

2 破碎围岩支护方案

2.1 支护原则

根据己16-17-31030工作面进风巷的围岩地质条件可知，围岩表现为破碎和软弱的特征，基于该特征，确定巷道采用棚式支架与锚索相结合的耦合支护，通过U型钢棚能够对围岩提供较高的支护阻力，以此能够充分改善浅部围岩的应力分布，充分提高破碎围岩体的残余强度；进一步通过锚索支护将支护体系与深部围岩体连接到一起，充分发挥深部围岩体的承载能力。通过充分发挥U型钢和锚索的承载性能，以实现棚索协同支护，共同承载的特性。

现结合己16-17-31030工作面进风巷围岩的特征，确定巷道采用棚索协同支护，并强化支架搭接强度和支架间围岩强度，具体巷道采用的各项支护技术原理如下：

1）支架搭接强化技术：在U型钢支护间采用新型双槽夹板面卡缆，通过新型卡缆以增大U型钢上的正应力，以此来提高钢棚能够对巷道为围岩提供的工作阻力，采用新型卡缆后，能够将U型钢与卡缆间的受力状态，防止支架在滑移后出现预紧力的大幅降低的现象，实现U型钢卡缆更好的限位作用[1-3]，实现U型钢支架间搭接处强度的强化。

2）支架间围岩强化技术：通过在巷道表面采用强度的护表结构，通过高强度、高刚度的护表结构，使其即能够适应围岩一定程度的变形，又能够提供一定的支护抵抗围岩的变形，据此确定巷道表面采用高强度双抗双扣钢筋网，实现U型钢棚与钢筋网片间扣紧，以提高U型钢支架的整体承载能力和钢筋背板的稳定性。

3）U型钢-锚索协同支护：根据众多U形钢支架受力变形特征的分析结果可知[4-5]，U型钢搭接处为支护的薄弱环节，现为提高支架的整体承载能力，在U型钢支架搭接处，采用高承载能力、增阻快的预应力带梁锚索，提高U型钢支架的承载能力，更好的实现棚索耦合支护效果。

2.2 支护方案

基于上述确定的支护原则及支护技术，确定巷道采用29U型钢支架+高强度双抗双扣钢筋网片+高强度锚索进行支护，根据巷道赋存情况，可知巷道顶板与己15煤层采空区间的岩层均较为破碎，己15煤层直接顶为灰色砂质泥岩，普氏硬度3～5，厚4.5m，相对较为坚硬，为保障锚索的支护效果，设计将锚索锚固在该岩层的中上部，故设置锚索的长度为6.0m。

具体巷道支护方案中的参数如下：

1）U型钢支架：U型钢支架结构采用三节拱，顶梁与棚腿之间的搭接长度为0.5m，钢棚棚距为550mm，支架间采用上下限位的夹板面的卡缆，搭接处每处安装三道卡缆，其中采用1付普通卡缆，采用2付限位双槽夹板面卡缆，双槽卡缆的尺寸如图1所示[6]，设置卡缆螺母预紧扭矩为300N·m。棚架间搭接处每处安装一道拉板（采用宽×厚=70mm×10mm的钢板加工），背板采用φ120～140mm的半圆木加工，支架的顶部、两帮背紧、背牢、充满填实。

图1 双槽夹板卡缆参数示意图

2）钢筋网片：钢筋网片的主筋和副筋直径分别为10mm和6mm，网孔大小为100×100mm，具体高强度双抗双扣钢筋网片的参数如图2a)所示；U型钢支架搭接部位采用普通的钢筋网片进行护表，网孔大小为100×100mm，具体普通钢筋网片的尺寸参数如图2b)所示。

图2 钢筋网片尺寸参数示意图

3）锚索支护：锚索采用低松弛高强度1×19股钢绞线，规格为Φ17.8×6000mm，巷道断面内布置四根锚索，两帮在距离底板300mm的位置处布置两根锚索，锚索垂直于巷帮打设，另外在距离巷道顶板1500mm的两肩处布置两根锚索，锚索同样垂直于巷道表面布置，锚固方式采用树脂加长锚固，设置帮部锚索的间排距为1200×1000mm，顶板锚索的间排距为1400×1000mm，另外锚索支护时，使用U型钢托梁进行配合支护，钢托梁长度为750mm。为保障锚索在一定程度上适应围岩的变形，设置锚索的预应力为100kN。

具体31030工作面进风巷棚索耦合支护形式及各项参数如图3所示。

图3 31030工作面进风巷巷道支护示意图

3 支护效果分析

在31030工作面进风巷采用上述支护方案后，通过监测巷道掘进期间巷道表面位移情况来验证巷道支护方案的应用效果，测点布置在滞后掘进工作面10m的位置，通过十字布点法进行围岩变形量的监测，巷道表面位移中主要监测顶底板及两帮移近量，每隔5d进行表面位移数据的测量与记录，持续进行70d的监测作业，根据监测数据得出巷道表面位移、巷道表面位移速率曲线如图4所示。

图4 巷道表面位移监测结果曲线图

分析图4可知，巷道掘进后0～20d内为巷道表面位移变形的主要阶段，该阶段内顶底板和两帮平均变形速率分别为7.6mm/d和4.7mm/d，相较于两帮变形量，顶底板变形量较大的主要原因为巷道顶板上覆为己15煤层采空区，顶板岩层较为破碎，在掘进扰动下，顶板岩层会呈现出相对较大的变形；当巷道掘出20d后，此时巷道顶底板及两帮变形速率逐渐降低，围岩变形量也相应降低；当巷道掘出后40d后，此时巷道顶底板及两帮变形量基本已达到稳定状态，最终顶底板及两帮变形量分别220mm和149mm，围岩变形量处于合理范围内，巷道围岩得到了有效控制，满足回采巷道的使用要求。

4 结论

根据己16-17煤层与己15煤层采空区间的赋存关系，结合巷道的具体条件，通过分析破碎围岩的支护原则，确定巷道采用棚索耦合支护的方式进行围岩控制，支护实施时采用29U型钢支架+高强度双抗双扣钢筋网片+高强度锚索进行围岩控制，并基于支护原则和巷道围岩特征进行具体支护参数的设计。根据支护方案实施后的巷道表面位移的监测结果，得出支护方案保障了围岩的稳定，满足回采巷道的使用要求。