魏少華

（同煤集團晉華宮煤礦，山西 大同 037000）

山西晉煤集團沁水胡底煤礦開采水平垂深500～700m，回采巷道頂、底板圍巖屬于松散巖層，松散巖層巷道圍巖往往具有變形量大、變形持續(xù)時間長等特點，在地應力、構造應力及采動影響作用下，目前可以提供的支護手段無法完全阻止松散巖層巷道發(fā)生變形，巷道的支護與維護問題非常突出。受1301工作面回采動壓影響，1303膠帶運輸順槽（區(qū)段煤柱為40m）圍巖變形嚴重，且呈持續(xù)變形狀態(tài)，巷幫最大變形量達到1200mm，頂板下沉量最大為500mm，底板最大鼓起500mm。采用錨索補強和架棚支護對變形區(qū)域進行了多次返修，一定程度上減緩了膠帶運輸順槽圍巖變形的速度，但仍未徹底解決巷道圍巖的變形問題。為確保礦井安全、可持續(xù)生產，迫切需要對松散巖層回采巷道的圍巖變形規(guī)律和破壞特征進行分析，確定合理的圍巖控制技術以及支護參數，有效控制巷道圍巖變形破壞。

1 工程地質概況

胡底煤礦井田煤層埋深較大，井田內主要地質構造以褶曲為主，斷裂構造不發(fā)育，現開采的3#煤層位于山西組下部，上距下石盒子底砂巖（K8）31.74～42.33m，下距山西組底砂巖（K7）3.30～9.69m，全區(qū)穩(wěn)定可采。煤層厚度5.20～6.15m，平均厚度5.72m，煤層傾角3°～10°，平均6°，煤層結構簡單，無夾矸，分兩層開采。

回采巷道沿3#煤頂板掘進，巷道斷面為矩形，其規(guī)格為：毛高3.1m，毛寬5.2m，毛斷面面積16.12m2，凈高3.0m，凈寬5.0m，凈斷面面積15.0m2，采用“錨網+W型鋼帶+錨索”組合支護方式。

2 巷道圍巖破壞機理

（1）巷道斷面的影響?；夭上锏罃嗝鏋榫匦?，毛高3.1m，毛寬5.2m。巷道越寬，頂板產生的拉應力就越大，越容易發(fā)生變形，如果支護不及時或者支護強度不夠，就會產生冒頂現象。同時巷道為矩形斷面，巷道頂底板的中部受到拉應力作用，最大拉應力處于頂底板邊緣處，巷道兩幫壓應力比較集中，最大值處于兩幫周邊，應力集中于巷道的四個角上，且受力狀態(tài)非常差，對巷道穩(wěn)定性產生不利影響，增加了支護難度。

（2）圍巖巖性的影響?；夭上锏姥?#煤頂板布置，巷道頂、底板圍巖屬于松散巖層，大多數是塑性圍巖，且不是完整整體，圍巖強度低，不利于巷道穩(wěn)定。

（3）圍巖地應力的影響。巷道圍巖應力與巷道埋深成正比，埋深越大，圍巖原巖應力越大，其支護也越困難?；夭上锏姥?#煤布置，開采水平垂深達500～700m，在不考慮構造及采動影響的前提下，垂直地應力達13.5～18.9MPa，如受采動影響，圍巖地應力數倍高于垂直地應力，圍巖地應力大。

3 巷道支護模擬及設計方案

3.1 數值模型

為了使3#煤層回采巷道支護參數更加科學合理，結合回采巷道實際地質條件及理論分析的基礎上，借助FLAC3D數值模擬軟件，對頂板錨桿長度、錨索長度和密度等重要參數進行模擬計算，以優(yōu)化設計參數。模擬對象為胡底煤礦13052巷，巷道沿3#煤層頂板掘進，巷道斷面形狀為矩形。

（1）模擬方案

方案1:每排2根錨索，采用矩形布置，間距1.8m，排距為2.0m。

方案2:每排1.5根錨索，采用“2-1-2-1”布置，排距為1.0m。2根/排錨索時，間距1.8m，距幫1.7m；1根/排錨索時，布置在巷道正中。

方案3:每排2根錨索，采用矩形布置，間距1.8m，排距為1.0m。

方案4:每排2.5根錨索，采用“2-3-2-3”布置，排距為1.0m。2根/排錨索時，間距1.8m，距幫1.7m；3根/排錨索時，巷道中間1根，錨索間距1.6m，距幫1.0m。

方案5:每排3根錨索，采用矩形布置，巷道中間1根，錨索間距1.6m，排距為1.0m。

（2）結果分析

不同支護方案巷道圍巖塑性破壞區(qū)隨錨索數目與布置方式的不同具有顯著變化，如表1、表2及圖1、圖2所示。

綜合考慮回采巷道支護設計的經濟性與合理性，以及回采巷道的服務年限和受采動影響情況，采用方案4作為13052巷支護設計方案。

表1 不同支護方案巷道圍巖塑性破壞區(qū)范圍

表2 錨索密度不同時巷道圍巖變形量

圖1 不同支護方案與圍巖塑性破壞區(qū)的關系

圖2 錨索密度與巷道圍巖變形的關系

3.2 巷道支護設計

根據錨桿-錨索協(xié)調支護理論，綜合考慮錨索的延伸量及13052巷回采巷道受兩次采動影響、服務時間長、巷道圍巖變形破壞嚴重等因素，采用高強度錨桿+錨索支護方案。

（1）巷道頂板支護

采用Ф22mm×7300mm高強度低松馳鋼鉸線錨索，矩形布置，排距為2.0m，間距2.0m，距幫1.6m，錨索施工角度與頂板垂直。

采用Ф22mm×2400mm高強錨桿，間排距0.9m×1.0m，每排6根錨桿，距幫0.35m開始布置，靠近巷幫的頂板錨桿安設角度與垂直線成10°角，其余與頂板垂直。

采用W鋼帶護頂，鋼帶厚度4mm，寬度280mm，長度4.9m。

（2）巷道兩幫支護

采用Ф22mm×2400mm高強錨桿，間排距1.0m×1.0m，每排每幫3根錨桿，頂錨桿距頂板0.4m，安設角度與水平成向上10°角，底錨桿距底板0.7m，安設角度與水平成向下10°角，其余與巷幫垂直。

巷道支護設計如圖3所示。

圖3 13052巷支護設計圖

4 結 語

胡底煤礦松散巖層13052回采巷道采用“高強度錨桿+錨索”聯(lián)合支護方案，圍巖控制效果好，能有效減少巷道的維護和返修量，工作面開采過程中未實行巷道的返修，提高了巷道支護的可靠性和工程質量，實現了安全、經濟、高效的目標。