杜艷軍

（山西煤炭進出口集團蒲縣萬家莊煤業(yè)有限公司，山西 臨汾 041000）

隨著采深增加，地應力隨之增加，礦壓顯現強烈，巷道支護難度大。國內外研究學者對大埋深巷道支護進行了大量研究，但對大埋深軟弱圍巖下回采巷道底臌防治新支護新工藝研究不夠多，已有的支護工藝不能完全滿足要求。萬家莊煤礦2201 工作面回采期間，底臌嚴重，最大可達800mm，嚴重影響正常的生產，同時由于斷面減小造成通風不暢帶來安全隱患。本文針對大埋深軟巖巷道底臌防治難點，探討合理支護工藝，為類似地質條件下巷道支護提供借鑒經驗。

1 工程概況

萬家莊煤礦主采的二1 煤層埋深超過600m，煤層厚度6.0m 左右，傾角平均8°，采用綜合機械化開采。二1 煤偽頂為泥巖，厚度0.3 ～0.5m；直接頂為砂巖、砂質泥巖以及泥巖，厚度5m 左右，通過實驗室可知直接頂質量指標指數RQD 為砂巖41.9%～90.0%，砂質泥巖、泥巖類31.6%～74.9%，比重值為2.66～2.76，直接頂可認為半堅硬巖類巖石；老頂為粗、中、細粒砂巖，厚度為8～12m，巖石的抗壓強度為16.4～79.9MPa；底板以泥巖、砂質泥巖為主，堅固性系數較小，屬于軟弱巖層。

2 巷道底臌的影響因素

（1）開采深度的影響

由于2201 工作面埋深超600m，屬于大埋深，根據礦山壓力與巖層控制基本知識可知埋深600m處的原巖應力在15MPa 左右。如果在回采期間回采巷道受到應力集中，底板應力集中可能達到58～73MPa，而工作面回采巷道底板強度在29.3MPa左右，可見應力集中時明顯大于底板強度而引起底臌的現象。

（2）水對底臌的影響

水對泥巖影響較大，泥巖在吸水后強度大大降低。2201 工作面回采巷道掘進時，頂板就會出現淋水現象，回采期間頂板淋水現象依然存在，且持續(xù)時間更長，在3 天以上。頂板淋水且底板積水不能及時排走，泥巖、砂質泥巖的底板遇到水強度勢必大大降低，是底板發(fā)生底臌現象重要影響因素之一。

（3）地質構造情況

從萬家莊煤礦地質構造來看，2201 工作面有斷層11 條之多，局部還存在褶曲的地質構造。由于地質構造的存在就會導致應力集中，進而可能加劇巷道底臌的發(fā)生。

3 大埋深軟巖巷道支護設計

萬家莊煤礦在之前巷道支護中嘗試傳統(tǒng)的錨桿支護、錨注支護以及工鋼支護，效果不佳，結合國內外研究成果及本礦的實際地質條件，提出錨網索+高抗框型支架治理底臌技術。該技術的構思是根據礦上特殊地質條件，即圍巖應力復雜且強度較低，結合現有支護研究理論，錨網索加整體支架更為適合。其中高抗框型支架是由頂梁、底梁和兩側梁組成，每部分均由螺紋對接。支架結構如圖1 所示。

圖1 支架裝配圖

利用FLAC 數值模擬軟件模擬在巷道掘進和回采期間，采用錨網索+高抗框型支架支護圍巖塑性區(qū)和應力分布情況。構建的模型模擬布置了相應的煤層、頂底板，模型尺寸寬×高×厚分別為50m×400m×70m，開挖情況根據實際情況進行。

圖2 部分動壓影響下巷道圍巖塑性破壞圖

圖3 部分動壓影響下巷道圍巖應力分布圖

從塑性區(qū)模擬的結果可以看出（圖2），在巷道掘進過程中，高抗封閉框型支架和錨網索聯合支護的巷道圍巖也出現了不同程度的塑性破壞。頂板和底板塑性破壞最大范圍分別為0.8m、1m，兩幫塑性區(qū)最大破壞范圍為0.9m；在動壓下頂板和底板塑性破壞最大范圍分別為0.8m、1.2m，兩幫塑性區(qū)最大破壞范圍為0.7m。從應力分布模擬結果不難看出（圖3），巷道掘進時高抗封閉框型支架和錨網索聯合支護的巷道頂最大應力值為27MPa，位置在距頂板1.5m 處，底板最大應力值26MPa，位置在距底板1.5m 處；動壓下巷道頂最大應力值為28MPa，位置在距頂板1.6m 處，底板最大應力值28MPa，位置在距底板1.3m 處。采用錨網索和高抗封閉框型支架聯合支護巷道圍巖塑性區(qū)范圍在可控的范圍內，應力最大值位置距巷道壁較近，距離較近則說明圍巖承受壓力的作用大，較為充分利用了圍巖本身承載能力，使“支架-圍巖”相互作用關系發(fā)揮較好。

4 工業(yè)性試驗

通過理論分析和數值模擬，可知在該礦地質條件下使用高抗封閉框型支架和錨網索聯合支護理論是可行的。在2201 工作面區(qū)段運輸順槽600m 范圍進行工業(yè)性試驗，利用“十”字交叉法設置三個觀測站對巷道圍巖變形進行觀測。對巷道圍巖的頂底板和兩幫相對移近量進行60d 的觀測，部分觀測數據如圖4 所示。從觀測數據可知，頂底板最大移近量為40mm，在0～30d 時間內，變形速率大，30～60d 巷道變形速率小，且趨于平緩；兩幫最大移近量82mm，在0～34d 兩幫移動活躍，變形速率較大，34～60d 后兩幫移動速率小，變形緩慢且趨于平緩?？傊呖狗忾]框型支架和錨網索聯合支護工業(yè)性試驗結果與數值模擬結果基本一致，巷道頂底板和兩幫相對移近量變形被控制在一定范圍，也說明了支護和圍巖能夠充分發(fā)揮相互作用關系，使得支護系統(tǒng)效果良好。

圖4 部分巷道頂底板和兩幫相對移近量

5 結 論

（1）分析了引起回采巷道底臌的影響因素，即頂底板巖性與開采深度、頂板水以及地質構造情況。

（2）提出高抗框型支架和錨網索聯合支護治理底臌技術，并對掘進期間和回采期間進行數值模擬，并應用于現場?，F場監(jiān)測結果與數值模擬結果相近，頂底板和兩幫最大移近量分別為40mm 和82mm，巷道圍巖變形被控制在一定范圍。