包常勝，張 巍

（沈陽焦煤股份有限公司紅陽三礦，遼寧 沈陽 110100）

深井開采礦壓問題一直是影響礦山開發(fā)利用的重要因素，根據(jù)現(xiàn)有經(jīng)驗可知，我國礦業(yè)開采深度以8m/年～12m/年速度增加，而東部礦區(qū)的開采深度會達到10-25m/年，隨著礦井的向下延伸，深井支護問題日益突顯。特別是，深井回采巷道從掘出到工作面回采變形明顯且劇烈，巷道圍巖表現(xiàn)出高地應(yīng)力、高滲透壓、強流變、強烈開采擾動等，導(dǎo)致深井巷道支護問題成為采礦安全、高效開采的關(guān)鍵[1，2]。

井田位于遼河平原東部，井田面積49.11km2，礦井現(xiàn)開采深度在785m～1120m之間，最大水平主應(yīng)力達到37MPa，深井開采因此面臨著高地應(yīng)力挑戰(zhàn)，現(xiàn)根據(jù)工程實例對深井礦壓顯現(xiàn)規(guī)律進行分析，并研究相應(yīng)支護解決辦法。

1 工程概況

試驗工程地點選取北二1210-2工作面（1#）運輸順槽中部200m段開展實驗研究，巷道掘進期間支護采用錨桿、金屬網(wǎng)、鋼帶、U型鋼腿聯(lián)合支護。該段巷道位于上部采空區(qū)遺留煤柱范圍內(nèi)，在工作面回采期間受超前支撐應(yīng)力與上幅煤柱應(yīng)力影響區(qū)，巷道變形較為嚴重。為提高巷道支護強度，減少回采巷道變形，保證工作面的安全高效回采，對該條回采巷道進行礦壓研究和支護試驗。

2 深井巷道礦壓的顯現(xiàn)規(guī)律分析

2.1 回采動壓影響應(yīng)力分析

為加強巷道高應(yīng)力影響區(qū)域研究，對柱體內(nèi)部應(yīng)力變化狀況進行監(jiān)測，設(shè)計在北二1210-2工作面（1#）運輸順槽軟幫礦層間隔30m布置一組應(yīng)力在線監(jiān)測測點，每組兩個測點、間距2m，埋設(shè)深度分別為8m、12m，布置長度隨著回采超前工作面不少于200m。通過對應(yīng)力測點隨采動影響的變化分析，總結(jié)出工作面前方煤體應(yīng)力的變化趨勢，見圖1、2。

圖1 運輸順槽應(yīng)力監(jiān)測測點7-1#

圖2 運輸順槽應(yīng)力監(jiān)測測點11-1#

通過分析，在工作面回采期間，隨著采空區(qū)域的不斷擴大，采空區(qū)上方巖層垂直應(yīng)力向采場周圍實體煤轉(zhuǎn)移，在采空區(qū)四周形成一定范圍的支撐壓力區(qū)，巷道周邊固體礦物由原巖的三向主應(yīng)力狀態(tài)變?yōu)殡p向甚至單向受力，使周邊產(chǎn)生不同程度的破壞，集中應(yīng)力逐漸向煤體深處轉(zhuǎn)移。在開采過程中，回采巷道應(yīng)力升高區(qū)的壓力引起煤體變形，對巷道維護及頂板管理有這直接重要的影響。根據(jù)圖1順槽7-1#測點應(yīng)力值在距工作面100m時，數(shù)值開始上升，在距工作面35m時達到峰值；圖2順槽11-1#測點應(yīng)力值在距工作面120m時，監(jiān)測數(shù)值開始升高，在距工作面20m左右達到峰值。根據(jù)監(jiān)測分析，工作面回采期間前方0m至120m為采動應(yīng)力影響范圍，其中距工作面20m～35m附近區(qū)域為應(yīng)力峰值區(qū)域。

2.2 該段回采巷道礦壓顯現(xiàn)特點

上幅煤層開采引起回采空間周圍巖層應(yīng)力重新分布造成煤柱區(qū)域應(yīng)力集中，應(yīng)力通過深部巖層傳遞，嚴重影響下層巷道的穩(wěn)定。從巷道表面位移觀測數(shù)據(jù)分析，該為減少該段巷道受工作面的超前支撐應(yīng)力及上覆煤柱應(yīng)力疊加影響，巷道潰幫、底鼓明顯，需要對巷道進行擴幫、拉底、補強支護。

3 深井回采巷道支護技術(shù)研究

3.1 深井巷道圍巖控制技術(shù)

（1）改善圍巖控制理念，改進圍巖支護技術(shù)，探明覆巖活動規(guī)律，避免應(yīng)力過度集中，減少圍巖變形量，充分發(fā)揮圍巖自承能力的同時采取必要的卸壓措施，變被動防范為主動控制，積極維護巷道的安全穩(wěn)定[3]。

（2）加大對深部圍巖結(jié)構(gòu)和巖層屬性的勘查力度，通過實驗室?guī)r石物理力學(xué)實驗摸清巖體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和基本屬性，為現(xiàn)場施工提供資料參考；巷道支護過程中盡量采用聯(lián)合支護，借助錨桿、錨噴、錨索的錨固作用對巷道圍巖進行定點加固，采用U型鋼、梯形棚、工字鋼等鋼棚支護對巷道圍巖的松動破壞進行二次加固，防止圍巖發(fā)生較大變形，限制圍巖向深層破壞。

（3）由于受地壓的高應(yīng)力、深部工作面采動影響作用，深井巷道周圍的原巖已轉(zhuǎn)化為軟巖狀態(tài)，圍巖變形特征主要表現(xiàn)為持續(xù)時間長、頂?shù)装寮皟蓭臀灰屏看?、U型棚變形嚴重達不到支護效果，巷道整體變形嚴重。因此，應(yīng)用“開窗口”卸壓技術(shù)，利用“先讓后抗”、“先柔后剛”的支護原理，實施開幫卸壓控制圍巖大變形的應(yīng)力轉(zhuǎn)移新技術(shù)，改善巷道的承壓狀態(tài)，使巷道始終處于零壓狀態(tài)、減壓狀態(tài)。

（4）應(yīng)用恒阻大變形錨索，解決深井巷道受煤柱集中應(yīng)力、回采應(yīng)力等多種應(yīng)力疊加影響的問題，可以有效應(yīng)對巷道頂板變形量大、高應(yīng)力的支護特點，持續(xù)提供巷道頂板主動支護強度，降低對兩幫壓力的傳導(dǎo)，同時配合U型鋼棚等復(fù)合支護工藝，確保了卸壓后二次支護期間巷道的正常使用。

3.2 工程試驗應(yīng)用

針對北二1210-2工作面（1#）運輸順槽巷道應(yīng)力影響特點，在該段巷道距工作面120m距離前進行擴幫、拉底等擴修施工，為滿足運輸順槽綜采設(shè)備移動空間要求，擴修后巷道達到斷面5.4m×3.5m，并施工錨桿、恒阻大變形錨索及U鋼可縮梯形棚加強支護，具體支護形式如下（見圖3）。

3.2.1 施工幫錨桿

巷道擴面翻修后，重新補打幫錨桿加強巷幫支護。設(shè)計錨桿選用MSGLD-335/20型?20mm×2.2m的等強錨桿，間距為800mm、排距800mm，錨桿長度2200mm，每孔增加兩個錨固劑，錨桿外露長度為10mm～40mm，保證托盤緊貼巖壁與煤壁，嚴禁出現(xiàn)松動等情況。

3.2.2 補打頂板恒阻大變形錨索

因試驗巷道位于煤柱應(yīng)力影響區(qū)域范圍內(nèi)，工作面回采期間受到采動應(yīng)力二次影響，巷道原頂板錨索失效，為加強頂板支護強度，設(shè)計補打恒阻大變形錨索提高支護強度。設(shè)計頂板恒阻錨索每排布置三根，排距為1.6m、間距為1.5m。所選用的錨索為21.7×6500mm鋼絞線為7股鋼絲扭制配用20mm厚鐵板加工的托盤。每根錨索均使用3根錨固劑，預(yù)緊力270kN。允許錨索外露的長度在250mm以上，在施工結(jié)束后，用擴孔鉆頭做擴孔施工，設(shè)置擴眼長度0.6m。擴孔結(jié)束后安裝錨索，錨固1h以上后將托盤套在恒阻器上，并使恒阻器通過外露的錨索線，此時恒阻器緊緊貼在巖壁上。

3.2.3 掛金屬網(wǎng)

金屬網(wǎng)采用8#鐵線編制成的70mm×80mm網(wǎng)孔，規(guī)格5m×1.1m。網(wǎng)片搭接長度在150mm以上，每隔150mm～200mm使用聯(lián)網(wǎng)工具將搭接處兩片金屬網(wǎng)擰緊成扣，且必須擰緊不少于2圈。

3.2.4 架設(shè)U鋼棚

設(shè)計U鋼棚梁長度為4600mm，兩節(jié)棚梁的長度為3m，搭接長度1400mm，搭接位置用六道卡子固定好。在棚腳位置選擇可伸縮的捧腿，長度3900mm左右；棚腿搭接長度為1170mm以上，設(shè)置叉角25%，棚距為1000m。剎幫柈6根、頂柈6根均勻布置，且二層?xùn)陨?，木柈接幫、接頂，棚梁上拉?道距梁端1.5m以內(nèi)。

圖3 北二1210-2（1#）運輸順槽翻修支護設(shè)計圖

3.3 巷道變形觀測情況

本次工程試驗擴面翻修、支護完成后，在順槽沿著走向每間隔20m位置設(shè)置一組觀測點，通過觀測點對巷道變形情況進行評估。最終觀測結(jié)果顯示，巷道表面位移變形量較小，巷道礦壓顯現(xiàn)情況得到有效控制，取得預(yù)期效果。

4 結(jié)語

本文從紅陽三礦采動影響回采巷道礦壓顯現(xiàn)情況分析入手，通過對深井回采巷道支護應(yīng)用試驗可知，在采用巷道擴面支護工藝后，巷道變形情況得到顯著改善，是深井高應(yīng)力巷道支護中的成功案例，對于其他煤礦相似條件的支護有一定借鑒意義。