对矿井深部巷道支护工艺的优化

王金龙

摘 要：为了解决朱仙庄煤矿地质条件复杂，随着开采逐步向南翼深部转移，矿压显现明显，深部巷道支护问题，基于对矿井地压显现规律的理论研究和支护方式现场实践，提出以矿压完全是可控的，主动支护为为中心，采取从设计层面分析、从围岩应力分布改变上分析，从采动影响上分析、从支护形式上分析、从施工工艺上分析，多角度对巷道地压显现及支护使用进行分析研究。

关键词：围岩应力;锚注一体;围岩松动圈测试;让抗结合

0引言

目前朱仙庄煤矿以F10大断层为界划分为南北两翼，北翼矿压较小，南翼采区矿压显现明显，受高地应力和采动共同影响，Ⅱ3、Ⅱ5采区主体巷道失修严重;三水平开拓巷道虽未受工作面采动影响，但失修现状也较为严重。基于多年地压理论研究和现场实践工作，笔者提出地压应力控制理论，并采用工程实践为基础的研究，从设计层面、围岩应力分布改变、采动影响、支护形式、施工工艺等方面入手，一巷一策，具体问题具体分析，为地压控制的理论研究、监测预报和防治解危提供新的方向。

1巷道变形破坏原因分析

1.1从设计层面上分析

矿井南翼Ⅱ3、Ⅱ5采区在设计时为优化巷道布置、减少岩石巷道工程、减少上山保护煤柱、增加煤炭回收率、加快采区投产时间，采区设计采取联合布置，巷道布置在8煤底板、10煤顶板，距8煤底板、10煤顶板法线距离15-55m。巷道受8煤、10煤工作面回采动压影响，造成支护受损，巷道破坏。

1.2从围岩应力分布改变上分析

南翼二水平主要围岩的强度普遍很低，是典型的工程软岩，而且大部分岩层均含有少量伊利石、高岭土等遇水膨胀成分，使得大部分围岩的抗风化能力极弱、遇水后的强度急剧降低，甚至完全泥化。

1.3从采动影响上分析

工作面回采时不间断动压经断层破碎带传递采区主体巷道附近，应力场重新分布，改变了巷道受力状态，巷道始终处于较高的应力影响，而巷道围岩岩体整体强度小于其所处的应力，在该应力长期作用下，造成支护受损，巷道破坏。

1.4从支护形式上分析

一是南翼采区主体巷道大多选用架设全封闭U型棚、半圆拱U型棚支护，架棚支护属于被动支护，巷道开挖时，放炮震动产生大量的爆破裂隙使得围岩变得不完整，导致巷道损坏。

二是巷道底板未控制。在有效控制巷道顶帮的同时，未能对巷道底板进行有效支护，围岩在高应力作用下获得释放空间，成为巷道整体破坏的突破口。

三是护表强度不够。原支护护表材料是钢筋网，锚杆（索）之间未用钢筋梯子梁或钢带等刚性护表材料连接，支护的整体性差。

1.5从施工工艺上分析

由于采区主体巷道设计坡度较大，巷道掘进施工时，采用传统的炮掘工艺，放炮震动使围岩表面产生大量的爆破裂隙，产生较大的围岩松动圈，围岩整体性受到破坏。

2巷道支护对策

2.1加强矿压观测

巷道围岩控制重在实时观测、长期观测，综合利用多类型、多参量矿压观测仪器和技术，实现巷道由点到面的围岩长期观测，形成数据支撑。新掘巷道布置观测点，分析巷道初期变形和后期流变特征，确立巷道变形阶段的时间拐点;观测动载、构造区域巷道及软岩巷道的变形特性，为加强支护提供数据基础。

2.2围岩松动圈测试

巷道支护的实质就是支护围岩松动圈。巷道开挖过程中，迎头前方围岩的支撑作用逐步消失，周边围岩的应力状态逐步由三向转为二向。巷道周边的松动圈在掘进后就开始形成，并随着掘进施工的推进而不断扩大，逐步达到其最大值。

2.3坚持“锚注一体”支护原则

锚注支护技术是维护软岩巷道围岩稳定的一种有效方式，注浆锚索和锚杆所注浆液使巷道浅部围岩形成完整的锚注加固圈，而注浆锚索同时使巷道深部围岩形成局部锚注加固体，锚注加固体能充分发挥围岩的自稳能力，减轻支护体承受载荷，防止围岩风化。

2.4提高支护强度

提高支护材料的强度，增大锚杆（索）的直径，增强其抗拉、抗剪强度;增加支护密度，减少锚杆（索）间排距、减少架棚支护棚距;增大锚杆（索）预紧力;增强网、梁及喷层护表作用等。

2.5采取打钻卸压的“让抗结合”控制手段

在采取锚杆（索）主动支护的同时，在巷道内施工卸压钻孔卸压。卸压的实质是巷道应力转移，使支承压力向围岩深部转移，从而减小围岩破裂范围，保持巷道长期稳定。钻孔卸压属于巷内卸压技术，具有工艺简单、施工方便、工程量小等优点，在转移巷道周边高应力的同时可为围岩膨胀变形提供有效补偿空间，吸收部分变形。巷道受动载影响严重，垂直应力集中程度高，施工水平卸压钻孔效果比较明显。

2.6巷道底板治理

朱仙庄煤矿现有支护方式在有效控制巷道顶板与两帮的同时，未能对巷道底板进行有效支护，围岩在高应力作用下获得释放空间，导致巷道底鼓严重。底板围岩多有泥岩及其它遇水弱化岩层，很多巷道底板长期受顶板淋水、施工用水共同的浸泡作用，强度降低、弱化、泥化区域不断增加，底板松动圈深度不断增大，围岩整体承载结构不断以底板为突破口破坏。把底板治理与帮顶支护摆在同等重要的位置，巷道才能處于长期稳定。

3巷道支护方案优化

3.1顶帮全锚索支护。根据科研院校的地应力测试和松动圈测试结果，选用锚索规格为Φ22×4300型短锚索，间排距2500mm×800（1600）mm，即每两组注浆锚索之间施工两组;底部锚杆支护与短锚索位于同一断面，间排距为1000×800（1600）mm，待底部注浆锚杆所注浆液完全凝固强度上升后，开始施工底部锚杆。

3.2锚杆、锚索混合支护。锚索规格为Φ22×6300，间距排2500mm×1600mm，安装位置位于锚杆或注浆锚索之间;拱部锚杆间排距700×800（1600）mm，帮部锚杆间排距600×800（1600）mm，即每两组注浆锚索之间施工两组;底部锚杆支护与方案一相同。

3.3在注浆锚索之间，施工4个帮部卸压钻孔缓解开采引起的垂直高应力集中，钻孔直径42mm，长度6500mm，间排距为900×1600mm;卸压钻孔效果与钻孔直径有关，在设备允许的情况下，尽可能增大钻孔直径。

4结论

1）地压导致煤岩体松软破坏，巷道失修，应力控制理论的核心是主动支护抗压。

2）现场实践、理论研究表明：地压导致的巷道失修、围岩变形是可以通过控制应力来实现的。

3）主动支护治本，被动支护治表，要从根本上治理巷道失修，就要着重从主动支护入手。

4）一巷一策、一面一策，具体问题具体分析，根据实际情况具体分析研究巷道失修应对方案，不能一成不变的处理巷道失修问题。

参考文献：

[1]И.М.佩图霍夫.冲击地压和突出的力学计算方法[M].煤炭工业出版社，1994.

[2]齐庆新，史元伟.冲击地压粘滑失稳机理的实验研究[J].煤炭学报，1997，022（002）：144-148.

[3]潘一山.冲击地压发生和破坏过程研究[D].清华大学，1999.

作者简介：

齐庆新（1964—），男，满族，吉林九台人，研究员，博士生导师，博士.