李小利

（晉能控股煤業(yè)集團趙莊二號井，山西 長治 046000）

軟巖巷道支護一直是礦井圍巖控制研究的重點和難點。軟巖巷道因圍巖強度低、自穩(wěn)性差、自承載能力低，尤其是受到采掘影響的作用，巷道變形受動壓影響嚴重，往往需要二次甚至多次修復(fù)[1-2]。對于孤島工作面軟巖順槽而言，受到相鄰工作面和工作面自身開采作用，巷道變形會經(jīng)歷掘進失穩(wěn)、回采失穩(wěn)和二次回采破壞等多次作用，順槽圍巖節(jié)理裂隙進一步發(fā)育，強度和自承載能力進一步降低，圍巖的完整性降低，造成在回采過程中易出現(xiàn)頂板冒漏現(xiàn)象，如若控制不及時會造成頂板事故的發(fā)生[3-4]。為了安全高效回采軟巖孤島工作面，有必要對軟巖孤島工作面圍巖特性進行研究，并以此為依據(jù)提出合理的支護手段或支護方案。現(xiàn)以趙莊二號井1307 工作面為研究對象進行研究。

1 概況

1307 工作面位于一采區(qū)，煤層均厚5.36 m，平均傾角3°～5°，開采3#煤層，屬于穩(wěn)定可采厚煤層。工作面北側(cè)為礦界保護煤柱，南側(cè)為采區(qū)軌道大巷，西部為1301 工作面，東部為1305 工作面，屬于孤島工作面。工作面煤層直接頂為均厚4.6 m 的泥巖～砂質(zhì)泥巖，巖層節(jié)理裂隙發(fā)育，基本頂為均厚3.5 m 的砂質(zhì)泥巖～粉砂巖，直接頂和基本頂巖體整體抗壓強度為16.81 MPa，抗拉強度為0.84 MPa，抗剪強度為8.35 MPa，屬于較軟弱的巖層。工作面共布置兩條巷道，采用“一進一回”上行通風(fēng)方式，兩巷均沿頂板掘進，采用錨網(wǎng)索支護。

2 軟巖的基本特性

（1）強度較低。頂板以泥巖砂質(zhì)泥巖為主，粘土類物質(zhì)含量較高，節(jié)理裂隙發(fā)育程度較高，長期裸露在空氣中易發(fā)生風(fēng)化，造成巖體進一步破碎，強度進一步降低。1307 工作面兩巷掘進經(jīng)驗可知，巷道受到臨近采空區(qū)影響，自穩(wěn)性較差，且自穩(wěn)時間相對較短，來壓時間偏短，如若不及時支護容易出現(xiàn)巷道頂板冒漏和巷道片幫現(xiàn)象。

（2）易于崩解。工作面頂板巖石中含有的粘土類物質(zhì)遇水易發(fā)生水理作用，致使巖石軟化、膨脹和崩解，具體表現(xiàn)在巷道的底鼓。1307 工作面局部受斷層影響，與上部含水層出現(xiàn)裂隙溝通，局部淋水嚴重，在此區(qū)域的巷道長期受積水影響，該范圍內(nèi)底板巖石變形更為明顯，說明此處也是巷道支護的重點。

（3）流變明顯。軟巖巷道的特征之一就是流變特性，巖體產(chǎn)生流變特性的根本原因是圍巖受力超過圍巖強度導(dǎo)致。因流變特性的原因，巷道在開挖后，圍巖變形持續(xù)時間較長，巷道圍巖收斂變形較明顯。根據(jù)1307 工作面兩巷收斂變形觀測可知，巷道收斂變形一般可達3～4 個月，部分地段甚至可達6 個月以上，正是如此，1307 工作面順槽圍巖控制難度較大。

3 軟巖孤島工作面順槽失穩(wěn)機理分析

（1）圍巖應(yīng)力變化。巷道開挖后，應(yīng)力重新分布，進而導(dǎo)致巷道失穩(wěn)，同時造成巷道圍巖向巷道中心移動。在此過程中，巷道會經(jīng)歷穩(wěn)定→失穩(wěn)→相對穩(wěn)定的過程。在巷道圍巖變形過程中，若受到外力擾動、水害侵蝕等作用，巷道變形會進一步加劇。在巷道無有效支護和及時支護情況下，巷道嚴重變形，嚴重時會有頂板冒漏和煤壁片幫現(xiàn)象，加之受到斷層等構(gòu)造的影響，容易產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象。該區(qū)域最易出現(xiàn)頂板冒漏，也是支護關(guān)注的重點和難點。

（2）巷道圍巖特性。通過軟巖基本特性分析可知，1307 工作面順槽頂板圍巖以泥巖和砂質(zhì)泥巖為主，巖體存在強度低、節(jié)理裂隙發(fā)育、自穩(wěn)定性差等特點。受到斷層等構(gòu)造的影響，巷道受影響范圍內(nèi)巖體會進一步破壞，圍巖強度和完整性會進一步下降。同時，泥巖和砂質(zhì)泥巖水理作用明顯，受到頂板淋水作用，頂板巖層進一步遭受破壞，圍巖自穩(wěn)性進一步降低，即使在常規(guī)支護的條件下也難以保證巷道的穩(wěn)定，此時應(yīng)采取特殊措施進行加強支護。

（3）巷道布置條件。1307 工作面屬于孤島工作面，東西側(cè)均為采空區(qū)，兩條巷道為沿空掘進，巷道在回采過程中受到工作面超前應(yīng)力和側(cè)壓的作用迅速發(fā)生變形和破壞，這種破壞一定程度的造成巷道支護體系的破壞。

（4）支護手段選擇。以往孤島工作面順槽支護形式過于單一，未能充分考慮到孤島工作面實際，在開采不同水平孤島工作面時均采用同一規(guī)格的支護形式，導(dǎo)致部分孤島工作面順槽支護效果較差，在孤島工作面開采前期即需要擴幫和拉底來保證巷道斷面，造成大量的人力和物力浪費。同時，支護形式不合理也給工作面安全回采埋下了隱患，不利于工作面和巷道現(xiàn)場安全管控。

4 軟巖巷道支護實踐

4.1 支護方案的確定

工作面順槽原設(shè)計方案為錨網(wǎng)索支護，具體參數(shù)：頂錨規(guī)格Φ20 mm×2200 mm，間排距750 mm×750 mm，錨固力不低于75 kN；頂錨索規(guī)格為Φ18.6 mm×6500 mm，間排距1500 mm×1500 mm，預(yù)緊力不低于120 kN；幫錨規(guī)格為Φ20 mm×2200 mm，間排距為750 mm×750 mm，錨固力不低于65 kN；金屬網(wǎng)采用網(wǎng)孔45 mm×45 mm 的菱形網(wǎng)。在原支護條件下，順槽在掘進至工作面回采結(jié)束至少需要進行三次擴修。

為了提高支護效果，對順槽支護參數(shù)優(yōu)化，采用“中空注漿錨索+錨網(wǎng)梁”聯(lián)合支護方案。在巷道1000～1500 m 范圍內(nèi)進行支護試驗，具體是：在順槽布置幫錨索2 排，選擇Φ17.8 mm×4000 mm的中空注漿錨索，兩排錨索距離頂板分別為0.8 m和2.4 m，幫錨索間排距為1600 mm×1600 mm，頂錨和幫錨規(guī)格均為Φ20 mm×2600 mm，頂錨索規(guī)格為Φ21.6 mm×6500 mm，要求幫錨和頂錨錨固力不低于65 kN，頂錨索和幫錨索預(yù)緊力不低于120 kN。注漿錨索所配鋼梁由11#礦工鋼制作，梁長600～800 mm。1307 工作面回風(fēng)順槽優(yōu)化后的支護參數(shù)具體如圖1。

圖1 1307 工作面回風(fēng)巷支護方式及參數(shù)示意圖

4.2 支護效果分析

為掌握1307 回風(fēng)順槽試驗段在“中空注漿錨索+錨網(wǎng)梁”聯(lián)合支護條件下支護效果，進行了巷道收斂變形實測。結(jié)果顯示：巷道開挖后5 d，巷道兩幫收縮為180 mm，10 d 后巷道兩幫收縮245 mm，20 d 后巷道兩幫收縮316 mm，30 d 后巷道兩幫收縮326 mm，之后巷道基本趨于穩(wěn)定，巷道兩幫收斂量為巷道設(shè)計尺寸的7%。巷道開挖后，頂?shù)装遄冃沃饕性陂_挖后10 d 范圍內(nèi)，平均為103 mm，之后底鼓逐漸減弱，至巷道開挖后30 d，底鼓量僅為124 mm，約為設(shè)計斷面的3.5%。工作面回采期間，巷道收斂變形主要在工作面超前30 m 范圍內(nèi)，兩幫收斂量和底鼓量分別為515 mm 和267 mm，分別為設(shè)計斷面的10.7%和7.6%。由此可以看出，在“中空注漿錨索+錨網(wǎng)梁”聯(lián)合支護條件下，1307 工作面回風(fēng)順槽變形量在可控范圍內(nèi)，能夠保證有效巷道斷面要求，支護效果較好。

5 結(jié)語

合理選擇軟巖孤島工作面順槽支護形式是確保工作面安全高效回采的關(guān)鍵，在進行軟巖孤島工作面順槽支護時，要掌握該順槽圍巖的基本特性和軟巖巷道發(fā)生失穩(wěn)的主要原因。另外，在進行軟巖孤島工作面順槽支護實踐時，要制定專門的巷道變形觀測方案，及時掌握順槽支護的效果，并及時進行支護參數(shù)的優(yōu)化，以確保軟巖孤島工作面順槽支護的效果。