破碎围岩巷道变形特征分析及支护优化研究

武世杰

（晋能控股煤业集团王村煤业有限责任公司，山西 大同 037000）

1 7603 采面概况

晋能控股煤业集团某矿7603 采面的采空区与7605 采面回风巷临近，护巷煤柱存在与二者之间，而且护巷煤柱的宽度是20 m。而且7605 回风巷进行掘进的方向是与煤层的底板方向相同，断面为矩形，选取综掘措施，掘进的长度为1 800 m。在7 号煤层中，其厚度与倾角分别是5.76 m、4°～8°，而且埋深是475 m，存在稳定性，在矿井中，7 号煤层也是最关键的采煤层。底板与7 号煤层顶的岩性是泥岩，具有比较低的硬度。因为在该回风巷内有发育的断层存在于掘进范围中，而且还有7603 采面采空区不是正向的支撑压力对其的影响，不仅会使巷道围岩发生破碎，而且会影响巷道的支护效果与掘进速度，如何保证巷道正常掘进及以后可以安装使用，是目前矿井解决的主要问题[1-2]。

2 围岩变形特征及破坏原因分析

2.1 破碎围岩巷道发生变形的主要特征

就破碎围岩而言，其主要的特征是比较差的岩性，比较低的抗剪与抗拉强度、复合破坏。以7605 回风巷完成掘进的范围中的围岩存在变形破碎的状况为基础，来分析，当巷道掘进完成之后，就会有变形破坏发生于围岩中，尤其是两边的巷道有非常明显的位移量，还有非常明显的底板下沉量与底鼓量。

又如何良俊《曲论》云：“元人乐府称马东篱、郑德辉、关汉卿、白仁甫为四大家。马之词老健而乏姿媚，关之词激厉而少蕴藉，白颇简淡，所欠者俊语，当以郑为第一。”[16](P6)对惯已有之的元曲四大家之说加以肯定，承认马致远、郑光祖、关汉卿、白朴四人在元曲中的领军地位，同时又以批判眼光分别指出诸人创作中的不足，从而修正了元代以来的四人排序，认为以郑光祖为第一。姑且不论对马、关、白的批评是否得当，仅以何良俊所持的批判态度而言，与明初《太和正音谱》《录鬼簿》中对元曲作家一味赞扬、只言其佳的推尊理念相比，已呈现出一种明显的更趋客观的进步倾向。

2.2 分析巷道围岩破坏的主要原因

1）由于掘进巷道中的底板与顶板的岩性是泥岩，而且是岩性不强，强度较低，而且有蒙脱石存在于其内部，当蒙脱石在和水相遇之后，会有变形发生，进而发生膨胀，所有就会有水从顶板的裂隙中渗出来；而且巷道有475 m 的埋深，具有比较大的地应力；在掘进区域中有很多断层被遇到，由于断层所带来的影响，就会增加围岩发生破碎的程度。

2）使用角底锚杆是巷道之前所选取的支护措施，而且掘进完成之后无法及时控制围岩，不仅造成塑性区逐渐转移到深部，而且不能成功支护巷道。

在图2 中可以发现，当围岩是无支护状态时，顶板下沉是变形的表现，而且其下沉量在465.3 mm 以上；当巷道处于原支护状态时，其下沉量是198.4 mm；当围岩支护被使用之后，下降幅度在60%左右；当巷道处于优化支护之后的状态时，其下沉量是112.3 mm，大概是原支护的1/2 左右。三种围岩控制措施下，其巷帮变形量（新支护、原支护、无支护）相应是60.1 mm、156.7 mm 及289.2 mm，由于支护参数慢慢合理，所以巷帮位移量也向明显下降的方向发展，在把支护参数优化之后，原支护、无支护下的巷帮位移量分别是61.6%、79.22%。支护优化之后、原支护、无支护下的巷道底鼓量分别是41.3 mm、78.2 mm 及105.4 mm。由于巷道围岩升高的支护强度，所以巷道围岩的变形量就会呈现下降的走向，就会明显控制巷道围岩[4-9]。

3 巷道支护优化

3.1 支护设计

样本按“1.3”项试验条件进行气相色谱质谱分析，对应总离子流色谱图如图1所示。从图1可以看出，试验用气相色谱条件满足紫椴鲜花挥发性成分的分离要求。经气相色谱-质谱联用仪分析，用NIST05数据系统检索，分离出55个色谱峰，最终鉴定44种成分，占总面积的96.71%。挥发性成分分析及面积归一化法定量结果见表1。表1 数据说明，紫椴花主要挥发性有机成分有芳樟醇(34.37%)、β-苯乙醇(31.37%)、β-顺式-罗勒烯 (12.03%)、丁香醇A(2.00%)、反式-α,α-5-三甲基-5-乙烯基四氢化-2-呋喃甲醇(3.59%)等，占挥发性物质总量的83.36%。

顶板的规格与材质和巷帮支护所选取锚杆的相同，排距与间距都是1 000 mm。把梯子梁布置到巷帮中，该梯子梁的主要作用是帮助支护锚杆。

图1 优化后的巷道支护设计（单位：mm）

锚索与平常的螺纹钢锚杆使用到顶板支护中，而且相应的数量是2 根与6 根，相应的规格是Φ22 mm×6 300 mm、Φ22 mm×2 400 mm，相邻锚索、锚杆之间的距离分别是1 800 mm、900 mm，900 mm、1 000 mm，而且托盘的规格相应为300 mm× 300 mm×12 mm、150 mm×150 mm×12 mm，使用辅助支护的是金属网，而且是菱形的，250 mm×250 mm 是网孔的规格[3]。

Although it is established that low educational level is associated with low participation rates in CRC screening programs, the results of this study indicate that those with high educational level exhibited less compliance as compared to those of low-intermediate one.

按照巷道围岩存在破碎变形的主要特征和变形破碎产生的原因进行分析，得出的结果是，在优化7605 回风巷的支护间之后，把控制围岩的方案提出来了，而且该方案的核心是锚网索，如图1 就是优化后的巷道支护设计图。

3.2 实施模拟分析

在支护参数控制围岩的效果指标中，最主要的就是围岩的变形量，选取数值模拟技术来分析支护条件不同时巷道围岩发生变形的主要特征，图2 就是新支护、原支护、无支护的巷道围岩的变形量。

图2 不同围岩控制措施下的巷道变形量

3）比较低的支护强度与支护力，使巷道围岩增大了分布塑性区的区域，而且控制及时，这就会扩展塑性区。

少女随着少年，将视线投向西方，入目所见，尽是绵延的苍山，哪里有“它们”的身影？她望向少年，她看到少年的眼睛，有那么一瞬，闪过了一道金色的光，眼仁也由白色变成了金黄。

4 现场应用效果分析

由于要对优化之后的支护的控制围岩的效果进行验证，把Ⅰ号测站与Ⅱ号测站相应布置到巷道掘进的100 m 与300 m 处，巷道围岩在Ⅰ号测站与Ⅱ号测站的变形大致相同。当Ⅰ号测站处，底板与顶板累计的收敛量在86 mm 左右，而且顶板的下沉量与底板的底鼓量相应是67 mm、19 mm；底板与顶板在Ⅱ号测站累计的收敛量是92 mm，底板的底鼓量与顶板的下沉量分别是21 mm、72 mm。根据围岩在Ⅰ号测站与Ⅱ号测站的变形速度进行分析，由于不断增加的支护时间，就会降低围岩发生变形的速度，当掘进进行支护之后，在0～6 d 时，变形量会有非常明显增加的趋势，而且变形速率大概在15 mm/d；在6～15 d 时，会缓慢增加变形量；在15d 之后，增加变形量的速率基本保持0.2 mm/d 以下，基本处于稳定状态。当围岩支护参数在优化之后用于7605 回风巷中，围岩的变形得到明显控制，保证以后巷道能够安全使用。

5 结语

1）在7605 回风巷的围岩有较大变形的主要原因为围岩具有较低的破碎强度、不合理的支护参数、较高的地应力、与水相遇就会膨胀等，提高巷道围岩的支护强度是保证破碎围岩安全最关键因素。

2）当优化巷道的支护参数后，按照监测围岩变形的结果发现，能够很好地控制7605 回风巷围岩的变形，保证巷道能够安全使用。