岳鵬飛

（陽泉市大陽泉煤炭有限責任公司， 山西 陽泉 045000）

引言

龍口礦區(qū)內(nèi)的梁家井田在地下240 m～410 m地層區(qū)域內(nèi)都有煤層存在，此區(qū)域煤層通常是泥巖、黏土巖、含油泥巖以及砂巖，巖性大多為炭質(zhì)頁巖，質(zhì)地膠結松散，因此此煤田應該是在新生代第三系中形成的。最佳采煤層應該是煤2和煤4層，頂板、底板以及實測煤層從硬度系數(shù)來看都不超過1，單向抗壓強度都不超過10 MPa。

1 工程概況

煤2層的厚度為4.21 m，含水率為3.50%，工程穩(wěn)定性為較穩(wěn)定。在煤2層的上方為油層和含油泥巖，層厚分別為7.15 m和11.42 m，含水率分別為3.46%和1.83%，單軸抗壓強度分別為44.30 MPa和21.06 MPa，油層的工程穩(wěn)定性為非常穩(wěn)定，含油泥巖的自由膨脹率為160.70%，比表面積為364.16 m2/g，含油泥巖的工程穩(wěn)定性為不穩(wěn)定；煤2層以下的兩個巖層為黏土巖和砂質(zhì)泥巖，含水率分別為1.33%和3.43%，單軸抗壓強度分別為7.93 MPa和16.13 MPa，自由膨脹率分別為185.00%和245.00%，蒙脫石含量（質(zhì)量分數(shù)）分別為28.54%和11.44%，比表面積分別為170.93 m2/g和111.78 m2/g，工程穩(wěn)定性均為不穩(wěn)定。煤4層的層厚為3.1 m，含水率為3.1%，單軸抗壓強度為7.12 MPa，自由膨脹率為190.00%，蒙脫石含量為20.64%，比表面積263.20 m2/g，工程穩(wěn)定性為不穩(wěn)定。煤4層以上的兩個巖層為含炭泥巖和粗砂巖，層厚為5.20 m和4.36 m，單軸抗壓強度分別為13.26 MPa和16.58 MPa，自由膨脹率分別為145.00%和160.00%，蒙脫石含量（質(zhì)量分數(shù)）分別為19.97%和17.15%，比表面積分別為212.43 m2/g和185.63 m2/g，工程穩(wěn)定性均為不穩(wěn)定。

2 深部軟巖巷道支護要求

由于處于軟巖地層當中，在進行巷道挖掘的過程中，底板、煤體以及頂板會有破碎松散的情況發(fā)生，從而不能形成層，圍巖不具備較高的強度，往往在較短的時間之內(nèi)就會失去自穩(wěn)，同時還會產(chǎn)生較為明顯的壓力[1]。圍巖具有流變性的特點，并且含有十分明顯的擾動性、崩解性以及吸水膨脹性。特別是煤4層的回采巷道，由于埋深比較大，這些圍巖的特點和特性更加明顯，在掘巷之后一定要快速進行支護，要求支護具有一定的強度，且對圍巖及時進行封閉，從而順利完成巷道支護工作。

3 分析深部軟巖巷道圍巖穩(wěn)定性

松軟煤巖層的穩(wěn)定性非常不好，由于煤2層和煤4層的巷道所在煤層以及頂板、底板所在煤層均處于松軟煤巖層中，所以其圍巖結構的內(nèi)圈層以及外圈層都不具備良好的穩(wěn)定性，在進行巷道支護工作中存在較大的困難[2]。在區(qū)域內(nèi)由于煤層節(jié)理發(fā)育不正常，其透氣性較好、孔隙度較高，在煤層附近的頂板巖層已經(jīng)達到了5.2～20.0 MPa的單向抗壓強度，其吸水率以及內(nèi)摩擦角分別為99%和28°左右。因此，在巖層的內(nèi)部很容易有水進入，巷道極容易發(fā)生潮解和風化，如果巷道在空氣中暴露，那么其強度下降會非?？欤婚_始圍巖外面由于吸收水分逐漸變軟，然后隨著水分的不斷吸收，逐漸發(fā)展成為流變，最后向圍巖深處不斷擴展。在巷道吸水不斷軟化的過程中，其體積會慢慢增加最后往自由面運動，如果封閉不夠及時，這樣的變形會持續(xù)下去，對正常的作業(yè)造成嚴重不良影響。

3.1 深部軟巖巷道變形過程

由于處于軟巖地層中，所以巷道在受力的時候會產(chǎn)生變形，嚴重情況下甚至會發(fā)生破壞，具體過程為：巷道的兩幫逐漸靠近，兩墻角不斷收根，同時兩肩發(fā)生崩皮、裂縫、底鼓現(xiàn)象，巷道斷面逐漸收斂，頂板和底板逐漸靠近，最后造成巷道無法滿足使用標準，需要進行返修。

3.2 深部軟巖巷道變形原因分析

軟巖巷道的底鼓現(xiàn)象是在多種物理因素的共同作用下產(chǎn)生的，是一個非常復雜的力學和物理學變化過程，主要和軟巖的圍巖應力狀態(tài)、力學以及物理學的特性有很大關系，巷道底鼓現(xiàn)象的產(chǎn)生與軟巖的彎曲、膨脹、流變以及擴容都有一定的關聯(lián)。

4 巷道支護形式的分析

此次選取的梁家煤礦由于是位于煤2層和煤4層中，因此針對巷道的支護形式采用的是復合支護。復合支護指的是采取兩次支護，采用錨網(wǎng)噴為一次支護，采用料石碹或者混凝土灌注為二次支護[3]。在回采巷道支護中一般采用的是錨網(wǎng)噴聯(lián)合錨梁的支護形式和錨網(wǎng)噴的支護形式：選取的錨桿為圓鋼錨桿，規(guī)格為Φ14mm×1900mm，選取規(guī)格為Φ35mm×250 mm的水泥藥卷，對端頭進行端頭錨固，保持錨桿間排距在600～800 mm之間；采用規(guī)格為Φ4 mm的冷拔鋼筋網(wǎng)作為金屬網(wǎng)；初次噴厚70 mm，后期噴厚在100～120 mm之間；錨梁采用的是U25型鋼加工，錨梁的長度在2.0～3.2 m之間，間距和矢高分別為1 000 mm和400 mm左右，巷道的施工方法主要有兩種，一種為綜掘機掘進法，一種為爆破掘進法，在當前的回采巷道中通常采用綜掘機掘進法。

在煤2層采用上面介紹的支護方式一般都較為成功，但是在煤4層卻不一定適用，這是因為煤4層所具備的結構更加復雜，所在的煤層水平更深。所以，直接套用煤2層的回采面順槽支護方式應用在煤4層的回采面順槽中是不可取的。

5 煤4層的回采巷道支護方案分析

5.1 支護方案的選擇

由于煤4層的巷道圍巖特點的不同，在進行支護形式的選擇時要注意以下兩個要點：第一，確保支護工作能夠及時進行，避免支護不及時導致支護工作無法順利開展或者沒有支護效果，對圍巖要及時禁錮，避免圍巖發(fā)生較大的形變，提高圍巖自身的承載能力，確保巷道支護工作的順利開展，保證支護工作的施工安全[4]。第二，確保支護體能夠?qū)乖瓗r應力，因此要求支護體具備較高的強度，能夠滿足對抗原巖應力的要求，確保支護工作滿足支護要求。

5.2 支護形式的選擇

結合龍口礦區(qū)區(qū)域下組煤的巷道支護實際情況，對煤4層回采巷道支護工作的相關要求進行分析，煤4層的上下順槽巷道的施工底板送巷，通常都是選擇4層到6層底板上方的0.5 m處。但是由于和下組煤回采巷道是第一次接觸，因此采用的支護方式為：上組煤采用直墻半圓拱或者直墻三心拱斷面，支護形式采用的是錨網(wǎng)噴與錨梁聯(lián)合支護的形式。選擇了兩種支護參數(shù)，分別如下：第一，采用規(guī)格為Φ14 mm×1 900 mm的圓鋼錨桿，在全斷面都有布置，采用的水泥藥卷規(guī)格為Φ35 mm×250 mm，間排距為650 mm×650 mm，端頭錨固，采用的冷拔鋼筋網(wǎng)的規(guī)格為Φ4 mm；第一次噴厚為70 mm，最終噴厚為120 mm；支護采用的錨梁長為3 m，錨梁之間的間距為1 000 mm，錨梁固定錨桿采用的錨桿規(guī)格為Φ18mm×2250mm，采用的樹脂藥卷規(guī)格為Φ35mm×400 mm，端頭錨固[5]。第二，頂板采用的錨桿規(guī)格為Φ18 mm×2 250 mm，樹脂藥卷的規(guī)格為Φ35 mm×400 mm，端頭錨固，錨桿的間排距為650 mm×900 mm，將其與錨梁錨桿之間呈交錯狀，每個錨梁之間的間距為900 mm，采用的鋼筋焊接網(wǎng)規(guī)格為Φ6 mm；兩幫采用的錨桿規(guī)格為Φ14 mm×1 900 mm，使用的水泥藥卷規(guī)格為Φ35 mm×250 mm，端頭錨固，每個錨桿之間的間排距為650 mm×650 mm，采用的冷拔鋼筋網(wǎng)的規(guī)格為Φ4 mm。另外，針對涌水影響以及斷層影響的地段，還需要采取料石反底拱支護措施，這樣能夠使支護方式形成全斷面封閉式的形式，提升支護效果。

5.3 煤4層回采巷道支護方案的實際應用

在煤4層的三個回采工作面順槽巷道中應用了上述的煤4層回采巷道支護方案，取得了較好的支護效果，直至將采煤專業(yè)回采交付之前，都沒有大規(guī)模返修情況的出現(xiàn)。

6 結論

1）如果軟巖巷道的圍巖沒有被支護，那么在頂板、兩幫以及頂角處都會發(fā)生圍巖變形，并且在兩幫和圍巖頂板處還存在有較大的塑性區(qū)。因此針對軟巖巷道圍巖，主要是要將拱頂、兩幫、拱頂兩角等關鍵部位進行控制。

2）在軟巖巷道的支護工作中，采用錨噴網(wǎng)支護技術主要是能夠?qū)⑾锏理敯?、兩幫以及頂角處的位移量進行控制，不但使巷道塑性區(qū)的延伸厚度得到極大減少，并且使巷道圍巖的穩(wěn)定性得到有效保證，從而使礦井的生產(chǎn)得到安全保障。

3）在深層軟巖巷道支護方案的選擇以及參數(shù)的設計過程中，可以通過工程經(jīng)驗法、理論分析法以及工程類比法來對方案的選擇和參數(shù)設計提供依據(jù)，另外為了使支護參數(shù)更加科學、支護方案更加合理可以采用數(shù)值模擬技術，除此以外，此技術還能夠進一步補充驗證巷道加固的效果，使錨桿支護設計的科學性、有效性、合理性得到保證。

4）對煤4層巷道支護形式進行了改革，不但降低了巷道的返修率，同時節(jié)約了巷道的支護成本。據(jù)統(tǒng)計，采用此支護方案減少896 m左右的返修工程量，而巷道的成本大概在1 330元/m，因此此支護方案大約為礦井節(jié)約了119.17萬元的資金，此次項目中采用的支護形式非常的合理，不但在掘進單進方面具有非常大的提高，并且收獲的經(jīng)濟效益和社會效益也非常好。