采动影响巷道耦合让均压支护技术研究

黄鹏鹏

（汾西矿业两渡煤业， 山西 灵石 031302）

0 引言

留设宽度较大的保护煤柱护巷时，虽然可降低巷道受邻近采面回采影响、提高巷道围岩稳定性，但是也面临煤柱损失量大、煤柱位置应力集中等问题[1-2]。随着煤炭资源高强度开采的持续推进，提高煤炭资源利用率成为煤炭回采时需要面临的问题之一，同时矿井采深增加导致煤炭回采受瓦斯、地质构造、地应力等影响更为显著，矿井普遍面临较为突出的采掘接替紧张问题[3-4]。部分矿井为解决瓦斯涌出量大、增加供风量，采用“一面三巷”甚至“一面四巷”方式，通过增加通风巷道数量满足煤炭高效回采需要。采面使用多巷回采时留设的保护煤柱宽度往往较小，回采巷道受采动压力影响显著，导致围岩控制难度较高。以山西某矿31303 回采巷道围岩控制为工程背景，在对动压影响下巷道围岩变形特征及支护问题分析的基础上，提出通过耦合让均压技术实现围岩控制，为巷道安全使用创造良好条件。

1 工程概况

1.1 地质概况

31303 综采工作面开采的13 号煤层厚度3.9 m，采用综采开采工艺、一次采全高。13 号煤层埋深均值450 m，赋存较为稳定，直接顶为厚度3.59 m 的泥岩，裂隙发育且稳定性较差；基本顶为厚度9.62 m 的石灰岩，坚硬且稳定；直接底为3.26 m 的泥岩、砂质泥岩互层，遇水容易膨胀；基本底为19.3 m 粉砂岩。31303 综采工作面设计推进长度为1 980 m，采用“两进一回”通风方式，具体布置如图1 所示。313031 巷、313032 巷均为31301 综采工作面回采巷道，其中313031 巷、313032 巷分别通过切顶留巷、保护煤柱方式保留下来为31303 综采工作面生产服务，313032巷与313031 巷间留设宽度25 m 护巷煤柱。由于313032 巷受邻近31301 采面以及31303 开采引起的采动压力影响，导致巷道围岩变形较大。

1.2 巷道支护参数及支护面临问题分析

313032 巷为矩形断面，净宽为5 600 mm、净高为3 900 mm，沿着13 号煤层底板掘进，围岩综合采用锚杆+金属网+锚索+钢筋托梁方式支护。顶板用5 根规格Φ22 mm×2 400 mm 锚杆、3 根规格Φ22 mm×6 300 mm 锚索，间排距分别按照1 000 mm、1 000 mm，1 500 mm、1 500 mm 布置，顶板用钢筋托梁强化支护；巷帮布置4 根规格Φ22 mm×2 400 mm 锚杆，间排距为800 mm、1 000 mm；全断面铺设金属网。

313032 巷在采动影响下出现顶板下沉、巷帮收敛以及底鼓明显等问题，为满足31303 回采要求，需对巷道断面进行修整。同时为更好适应现有地质条件下动压影响巷道围岩控制需要，提出采用耦合让均压技术支护313032 巷。

2 313032 巷耦合让均压支护应用

2.1 锚杆（索）长度及预紧力确定

矿井13 号煤层回采巷道使用的锚杆长度均为2 400 mm，当遇地质构造时适当加密锚杆、锚索间排距。在地质条件正常且不受或者受采动影响不显著区域内，巷道锚杆、锚索设计方案可满足围岩控制需要。但是由于313032 巷受2 次采动动压影响，导致巷道围岩破碎、裂隙发育以及围岩变形量大，甚至部分锚杆（索）失效。为此，依据回采巷道现场情况以及巷道围岩破碎圈理论，提出将支护用锚杆长度由2 400 mm增加至2 800 mm，锚索锚固端位于巷道顶板坚硬、稳定基本顶中，可满足支护需要，为此锚索规格保持不变。

给锚杆、锚索施加合理的预紧力，可控制巷道围岩早期变形。当预紧力偏小时，会导致巷道围岩破碎圈范围增大、早期变形严重，巷道出现顶板破碎、下沉，巷帮收敛严重问题；当预紧力偏大时，则增加锚杆、锚索安装耗时，且在张拉期间容易出现锚杆、锚索被拔出问题。结合以往巷道围岩支护经验，确定顶板及巷帮锚索预紧力为40 kN，顶板锚索（规格Φ22 mm×6 300 mm）、巷帮锚索（规格Φ18.9 mm×4 300 mm）的预紧力分别为120 kN、100 kN。

2.2 耦合让均压支护参数设计

313032 巷顶板围岩采用让压锚杆、让压锚索支护（见图2），具体支护方案为：

图2 耦合让均压支护示意图（单位：mm）

1）巷道顶板及巷帮均用规格Φ22 mm×2 800 mm让压锚杆，布置间排距分别为1 000 mm、1 000 mm，1 100 mm、1 000 mm；顶板及巷帮锚杆分别用15-17TB 让压管、12-15TB 让压管，让压管最大让压距离均为35 mm，施加扭矩在250 N·m 以上、预紧力均为40 kN以上。锚杆用规格150 mm×150 mm×10 mm球形托盘护表，顶锚杆用规格5300mm×275mm×5mm的六孔W 钢带、巷帮锚杆用规格1 500 mm×275 mm×5 mm 的两孔W 钢带强化护表。

2）顶板及巷帮分别用规格Φ21.8 mm×6 300 mm、Φ18.9 mm×4 300 mm 耦合让压锚索，布置间排距分别为1 500 mm、1 000 mm，1 200 mm、1 000 mm；顶锚索及巷帮耦合让压锚索分别配合26-30TB 让压管、21-25TB 让压管支护，让压管最大让压距为50 mm；顶锚索及巷帮锚索施加预紧力分别为120 kN、100 kN，均用规格300 mm×300 mm×14 mm 球形托盘护表支护。

3）为强化巷道表面支护，顶板用网孔35mm×35mm、规格为6 000 mm×1 100 mm 的金属网，巷帮采用网孔50 mm×50 mm、规格2 700 mm×1 100 mm 的复合金属网护表。

3 巷道控制效果分析

在313032 巷使用耦合让压技术支护后，在313032 巷内间隔200 m 布置一个测站，对巷道围岩变形进行持续监测，具体获取到313032 巷围岩变形情况如图3 所示。从图3 巷道围岩变形监测结果看出，采用耦合让压技术支护后，313032 巷围岩变形呈现前期快速增加、后期逐渐稳定趋势；支护完成17 d后围岩变形基本稳定，其中顶底板、巷帮收敛量分别为57 mm、39 mm。

图3 掘进后巷道围岩变形曲线

31301 采面回采完成60 d 后，在采动压力影响下313032 巷围岩变形量有所增加，其中顶底板及巷帮最大变形量分别为260 mm、198 mm，围岩变形量在允许范围内，可满足后续31303 采面煤炭开采需要。具体31301 采面回采完成后313032 巷围岩现场情况如图4 所示。

图4 巷道现场

4 结语

313032 巷受到31301 以及31303 采面采动压力影响，巷道围岩在动压作用下出现裂隙发育、变形量大等问题，给巷道后续使用带来一定影响。依据313032 巷现场情况，提出采用耦合让均压技术控制围岩变形，具体通过增加顶板锚杆长度、增大锚杆及锚索预紧力、在锚杆及锚索上使用让压管，并根据现场情况对支护方案进行设计。现场应用后，313032 巷在动压影响下围岩变形量大问题得以有效解决，在31301 采面回采完毕后顶底板及巷帮最大变形量分别为260 mm、198 mm，围岩变形量较小，可满足31303 采面后续使用需要。