深部巷道围岩变形控制技术在岳城煤矿的应用

王 攀

（山西晋能控股煤业集团沁秀公司岳城煤矿，山西 晋城 048006）

引言

围岩非连续、非协调大变形、大范围失稳破坏，是目前深部巷道围岩控制中最为典型的工程问题[1]。国内深部高应力巷道围岩一般采用高强度、大刚度、高预应力支护技术，很多巷道通过二次支护甚至多次支护仍然不能有效控制围岩大变形，特别是对于深部松软破碎巷道、动压巷道等，通常表现为锚杆（索）被拉断、围岩支护系统失效从而导致冒顶、片帮和底鼓等一系列剧烈的矿压显现现象，巷道经过多次翻修仍无法实现稳定。与此同时，巷道的支护成本与维护费用成倍增加，严重制约了煤矿企业的安全生产和经济效益。

1 现场概况

岳城煤矿主采3号煤层。井田内3号煤层赋存稳定，但结构复杂，煤质松软，厚度一般为3.5～5.2 m，平均厚度为3.2 m，煤层倾角为1°～15°，平均倾角为8°，埋藏深度为463.9～633.9 m，平均埋藏深度均大于500 m。工程地点是一盘区1311工作面13111巷、13112巷两条回采巷道，其布置如图1所示。

图1 1311工作面布置图

目前，随着井下一盘区延伸，煤层埋深逐渐增大，约620～1 100 m，煤层结构简单，回采巷道采用锚杆、锚索联合支护，生产过程中仍存在以下技术难题：一是随着煤层埋藏深度的增加，回采巷道围岩变形量大，特别是复用巷道的片帮和底鼓严重，频繁巷修造成人力物力损失；二是巷道补强支护效果不理想，巷道普遍存在锚索、锚杆拉断现象，深部巷道矿压显现特征和软岩化倾向，即巷道变形量大、非线性变形，变形时间长，具有蠕变特征，伴随强烈底鼓现象。因此必须深入分析支护失效、巷道失稳破坏的主要原因，针对性制定巷道支护设计方案，确保矿井的安全回采。

2 巷道变形原因分析

巷道围岩支护不利是导致巷道变形的主要原因。经过现场调研，巷道围岩支护存在如下问题：巷道所处位置应力水平增高，主要原因是埋深增大导致巷道围岩的力学行为、变形特性、围岩区域特征亦发生了变化，因此方案设计时应考虑增加木垫板或使用卸压锚杆等方式增加支护强度；锚杆、锚索搭配不当导致的支护体与围岩间不耦合，支护时可考虑通过锚杆支护参数的调整，使巷道周边形成一定厚度和强度的加固拱或加固带；群体锚杆、锚索间支护整体性差，锚固力不均衡，造成个别锚杆、锚索受力过大，出现应力过度集中[2]。因此，支护方案设计时考虑增加钢带或钢筋梯，增强整体性，加设木垫板，协调变形，实现锚固力均衡。

3 巷道支护初步设计

通过对回采巷道存在支护问题及其原因进行分析，并结合1311工作面煤层顶底板岩性、赋存状况，基于巷道属于“深部巷道”为特征[3]，制定方案如下。

3.1 支护方式确定

IV类围岩属于稳定性较差的岩层，距巷道顶板5~6.0 m范围内没有稳定岩层，很容易产生冒顶和片帮，岩性多为页岩、泥岩、胶结程度较差的砂岩和硬煤。故支护方式选定为：锚杆+锚索+钢筋梯+金属网+木托盘联合支护方式，为了增加可锚性防止围岩风化和围岩补强，13111巷掘后喷浆，13112巷围岩注浆+喷浆。

3.2 巷道规格尺寸

13111巷巷道断面为矩形，沿顶留底掘进，掘进宽度为5 600 mm，高为4 500 mm，掘进断面积为25.2 m2；净宽为5 400 mm，净高为4 400 mm，净断面积为23.76 m2；13112巷巷道断面为矩形，沿顶留底掘进，掘进宽度为5 000 mm，高为4 500 mm，掘进断面积为22.5 m2；净宽为4 800 mm，净高为4 400 mm，净断面积为21.12 m2。

3.3 支护设计

巷道顶板支护如图2所示。

图2 顶板支护设计图（未标单位：mm）

如图2所示，顶板支护采用MSGLW-500/22-2400左旋无纵筋螺纹钢筋锚杆，搭配拱型高强度托盘，顶角锚杆托盘规格为300 mm×200 mm×10 mm，其他托盘规格为150 mm×150 mm×10 mm，锚杆间距850 mm，排距1 000 mm；锚索间距1 700 mm，呈五花布置，排距1 000 mm。补强支护采用SKP17.8-1/1860-5400 mm锚索搭配300 mm×300 mm×16 mm高强度可调心托盘。钢筋托梁采用Φ14mm的钢筋焊接而成，宽度80 mm，长度4.9 m，在安装锚索的位置处焊接上两段纵筋，纵筋间距100 mm，以便安装锚索。W钢带护板：采用W钢带切割而成，型号W280×400/4，顶角锚杆不使用。

巷道两帮支护见图3，支护材料与顶板基本相同，间排距方面，两帮锚杆间距1000 mm，排距1 000 mm；锚索间距1 000 mm，呈三花布置。

图3 两帮支护设计图（未标单位：mm）

4 效果验证及结论

为有效验证支护设计现场效果和参数优化，在13111巷采用十字检测法对巷道围岩变化进行为期80 d的实时监测，结果如图4所示。

图4 实验巷道围岩变化曲线图

由图4可知，巷道围岩变化可分为两个阶段：第一阶段为0~25 d，此时顶底板和两帮围岩较大，顶底板的相对收敛量为329 mm，两帮的相对收敛量357 mm；第二阶段为25~80 d，此时顶底板和两帮围岩变化开始逐渐趋于平缓，到第80天时，顶底板围岩相对收敛量为409 mm，两帮围岩的相对收敛量为462 mm。说明采用该支护方案后巷道围岩变化得到了较好控制，围岩整体变形速度较小，但依旧处于持续变形中。因此应进一步加强后期的围岩变形观测，及时进行超前注浆或补强锚索，保证巷道服务期间安全使用。