近距离煤层开采下软弱煤层巷道围岩控制技术研究

崔瑞军

（山西汾西矿业（集团）有限责任公司，山西 介休 032000）

近距离煤层下进行煤层开采作业，受煤层巷道开挖、上方煤层内回采作业面残余支撑压力等因素影响，会导致煤矿开采过程中出现巷道快速变形问题，特别是遇到巷道围岩强度偏低时，巷道掘出后，围岩会在短时间内发生严重变形、垮落等问题，这会对煤矿开采后期的掘进、支护等各项工作的开展造成不良影响，影响采掘和生产作业。可见，要加强对巷道围岩控制技术的探究。

1 煤矿工程概况

试验巷道为某矿工程的21604 工作面所在巷道，整个工作井下位于4 号煤层北一采去运输大巷西侧，回风顺槽沿煤层顶板掘进，回风顺槽系层距离42 m是21604 工作面采空区，对工作面的具体情况进行量测，可以确定工作面的垂直间距位22 m，整条工作面东侧为全部实体煤。对工作面内媒质进行勘察，作业面内媒质以半亮型煤为主，煤层厚度主要集中在2.7～3.2 m 之间，煤层结构十分复杂，含有一层泥岩夹矸，厚度在0.06～0.12 m，煤层厚度变化大，较为软弱，在煤层开采过程中，为了确保开采作业顺利进行，需要做好巷道围岩控制。

2 巷道围岩稳定性与支护相关内容

2.1 巷道围岩稳定性

影响巷道围岩稳定性的因素有围岩性质、地应力大小、采动等。下面，针对这三项内容对21604 工作面回风顺槽围岩稳定性的分析。

2.1.1 地应力

地应力指的就是我们常说的原始应力，主要包括地质构造应力和自重应力，水平方向力主要来自陷落柱、断层等各项因素工程的影响，竖向力主要由岩石自重造成的[1]。地应力大小会对巷道围岩稳定性会造成直接影响，而从实际情况来看，埋深的增加会导致地应力不断加大，而且会提高煤与瓦斯突出现象，同时，还会提高冲击地压的出现几率，容易引发各种事故。21604 工作面平均埋深约为658 m，垂直方向地应力约为17.8 MPa，巷道围岩水中都处于较大应力状态[2]。同时，通过分析可以发现，回风顺槽主要集中在背斜两翼，同时，对该区域情况进行详细勘察，还会发现该区域出现了较为严重中断层发育现象，致使巷道围岩体内水平应力显著，环境十分复杂，煤矿开采作业进行时，面临着的困难会进一步加大。

2.1.2 围岩强度与完整性

在煤矿开采期间，围岩巷道的整体稳定性主要受力学性质影响，从大量煤矿开采经验来看，若开挖煤矿巷道期间，周围煤岩体内形成了较大能力，而且该应力超出了煤岩体极限强度大小，受煤岩体破碎问题影响，会形成塑性区域，而且大量松散破碎块都会集中在浅部区域，这将会导致巷道围岩整体性大幅度降低，增加掘进，以及支护作业在具体开展时的难度[3]。

21604 工作面回风顺槽两帮为4 号煤，相关工作人员依据制定要求勘察煤层强度，通过勘察可以确定，煤层强度系数集中在0.3～0.8 之间，煤体硬度较低，松散破碎，稳定差，同时，考虑到褶曲、断层等各种不良构造对都会对地应力造成较为严重的不良影响，针对这一情况，施工人员要采取炮掘施工工艺方式掘进，这会不断扩大围岩塑性区和巷道破碎区范围，大幅度降低围岩强度，容易引起开采事故。

2.1.3 开采造成的影响

通过对21604 工作面回风顺槽井下位置情况进行全面分析可以发现，巷道围岩会在同一时间会经受20602 和21604 工作面掘进和回采作业，以及遭受北一采区排水掘进影响，而21604 回风顺槽危岩体都受较高地应力影响，对该区域情况进行勘察与计算，确定该位置垂直应力大小为20.24 MPa，应力集中系数为1.45，因此，在进行煤矿开采时，巷道会受到采动影响，并且这一影响较为显著[4]。

2.2 自攻锚适用性

依据21604 工作面顺槽域区地质情况来看，在实际作业开展时，采用自攻锚支护巷道两帮，从实际应用情况来看，与螺纹钢树脂锚杆的应用情况进行对比可以发现，自攻锚杆在应用时具有支护效果良好、施工速度快、质量高、经济效益好等多项优点，这也是该类型锚杆得到了广泛应用的一项重要原因。

自攻锚杆与螺纹锚杆在应用时存在不同，尤其是在进行安装时，差异较为明显，安装自攻锚杆时，要先在安装位置处设置一个直径略小于锚杆直径的钻孔，完成钻孔后，将自攻锚杆旋转进钻孔，完成上述作业后，适当预紧，达到指定要求，同时，在处理钻孔时，不惜要采取冲孔或吹孔方式处理，以免发生安全事故。总而言之，自攻锚杆安装速要快于普通锚杆，并且对其进行应用，能够达到全长锚固目的[5]。通过分析全长自攻锚杆在具体应用过程中受力情况能够发现，若巷道围岩处媒体松散破碎，全长自攻锚杆性能要优于长锚固螺纹钢锚杆，能够满足应用需求。综上所述，21604 工作面回风巷会受巷道采掘作业和临近作业面、褶曲、断层情况影响，而且巷道围岩煤岩体应力环境复杂，而且巷道顶板及两帮岩石的整体完整性和强度都较低，可见，在进行21604 工作面回风顺槽支护时，需要提高对顶板与两帮支护内容内容的重视[6]。从以往大量生产经验来看，将自攻锚杆应用在松软哦随煤体中，能够提高连续摩擦力，充分发挥锚固性能，因此，在对整体问题进行综合分析基础上，将全长自攻锚杆合理应用到巷道两帮，完成加固作业。

3 高强度锚索支护与自攻锚杆的配合应用

为了对采用的支护方案加以确定，依据21604 工作面体质条件，采用模拟软件科学分析锚索支护效果，模拟方案如下：

1）普通锚索支护。采用树脂全长锚固，科学布置钢筋网，同时，采用楼梯筋，排距大小为0.98 m，间距为1.05 m。锚索采用21.4 mm 支架，矿用锚索长度为6.2 m，加强支护，排距大小为1.48 m，间距为1.95 m；两帮锚杆采取直径20 mm，长度2.48 m 全长自攻锚杆，锚杆排距0.78 m，间距为1.42 m。针对工程中采用过的顶角锚杆、巷帮顶角采用的螺纹钢锚杆与顶板中采用的型号相同，将金属网安装在顶板和两帮，同时，还要安装钢筋梯子梁，实现相应补强作业，从而为后续煤矿开采顺利进行提供保障。

2）加强支护。减小顶板锚杆排距，距离减小约为0.78 m，锚索间距也减小了约1.56 m，其余内容保持不变。

3）提高左帮支护质量。在对上述两个方案继进行应用基础上，巷道左帮保护煤柱侧锚杆长度延长了3.4 m，其直径大小并未发生变化。

对上述三种支护方案进行对比，巷道煤柱侧围岩围岩发生了变形，变形范围约为5.8 m，通过实测可以确定煤侧变形范围为3.8 m，底板变形范围在3.2 m 以内，顶板发生变形范围约为1.8 m，巷道围岩的关键变形区域都较小，能够达到围岩控制要求。加强支护方案与普通锚索支护相比，巷道两帮与顶板发生的位移减小显著，而提高左帮支护质量与加强支护相比，顶板位移虽然并未发生显著改变，但从整体情况来看，煤柱侧围岩变形量减小显著，最终确当采取提高左帮支护质量方案对21604 回风顺槽支护。

4 巷道支护施工质量管理

4.1 加强锚往支护材料管理

1）对于施工中采用的锚杆强度要通过抽样方式进行检查。外购锚杆需要具有生产厂家出具的锚杆力学性能试验数据，每5 000 根做一次试验，如果一批数量没有达到5 000 根，需要逐批开展试验。

2）锚索生产采用1860 钢绞线，采取的锚固剂产品性能必须良好，而且稳定性强，在具体施工作业开展时，不得采用劣质，无法满足要求的锚固剂。

3）锚杆采用快速安装螺母，需要特别注意的是，螺母与锚杆杆体螺纹型号各项内容都要符合要求。

4）由矿方自行加工支护材料需要严格依据设计图纸加工，加工作业采用材料强度必须能够达到要求标准。

4.2 做好施工高质量管理

1）施工开展时，施工人员必须要严格依据事先设计好的方案进行，不得随意更改，以免对施工质量造成不良影响。

2）针对施工质量要进行全面检查，检查要注重密集性和长期性，确保能够及时发现问题，快速解决问题。第一，巷道掘进断面尺寸要需要达到具体设计要求。第二，控制好锚杆误差，其大小不得超过±50 mm，而对于锚索来说，需要将误差控制在±100 mm 以内[7]。第三，钢筋网需要与岩壁紧密粘贴，搭接钢筋网长度需要超过20.0 cm，而且铁丝网连接必须要牢固，不得出现松动问题。第四，采用锚固剂时，要将其运输到孔底，并且药卷数量需要达到要求标准，不得利用劣质，或变质锚固剂。第五，各项施工工序都必须要严格依据要求开展，下一道工序开展前，要对上一道工序进行检查，确定上一道工序完成，且达到满足要求后，再开展。