周曉路 朱貴禎

（內蒙古準格爾旗特弘煤炭有限公司官板烏素煤礦，內蒙古 準格爾旗 010300）

目前我國煤礦開采逐步向深部進軍，由于深部地層構造力較大、頂板松軟破碎導致巷道圍巖變形較大，支護較為困難[1-3]。隨著巷道支護技術的不斷發(fā)展，許多專家學者對松軟破碎頂板回采巷道進行了廣泛研究[4-9]。本文以官板烏素煤礦121101工作面為研究背景，開展了深部松軟破碎頂板回采巷道圍巖控制及支護技術的研究，可為類似工程地質條件下巷道支護提供借鑒與參考。

1 工程概況

官板烏素煤礦設計年生產能力1.5 Mt，目前主要開采深部16#煤層，煤層的平均厚度大約6.3 m，煤層的埋深大約為600 m。在121101工作面掘進到650 m時工作面頂板巖層變得松軟破碎，直接頂為砂質泥巖，頂板裂隙較為發(fā)育，巷道開挖后發(fā)生頂板嚴重下沉、兩幫變形不協調等問題。

121101工作面回采巷道斷面尺寸為4 m×5 m，采用錨網噴+錨索聯合支護。巷道頂板布設6根長為1.7 m的錨桿，錨桿間排距為0.8 m×0.8 m，錨桿的預緊力為25 kN；頂板布設3根長為7.4 m的錨索，錨索間排距為1.6 m×1.6 m，錨索的預緊力為120 kN，使用CK2360樹脂藥卷；底板澆筑厚度為0.1 m的混凝土進行封層。通過對121101工作面回采巷道的現場調研發(fā)現，巷道兩幫變形較大，嚴重影響了巷道施工進度。巷道原支護布置如圖1。

圖1 巷道原支護布置圖

在121101工作面選取兩個測點，采用水力壓裂SYY-56地應力測量儀進行地應力測試，結果見表1。

表1 地應力測量數據

可以看出垂直應力小于最大水平主應力，由判斷標準，地應力并非導致巷道圍巖變形的主要原因。

通過現場勘查，工作面頂板巖層間賦有密度較大、較為發(fā)育的方解石巖脈，這些方解石巖脈破壞了頂板巖層的整體性，所以頂板破碎、松軟是導致巷道圍巖發(fā)生嚴重變形的主要原因。

2 支護方案優(yōu)化設計

內層錨桿：巷道的頂底板采用MSGLW-500/22×2400的樹脂錨桿,巷道兩幫采用MSGLD-500/20×2400的樹脂錨桿，托盤采用150 mm×150 mm×10 mm的正方形碗狀鋼托盤（頂板采用T型鋼帶和鋼帶托盤）。巷道頂板的錨桿間排距為0.6 m×0.6 m，巷道兩幫的錨桿間排距為0.8 m×0.6 m。錨固劑：頂板錨桿每孔使用MSCKb2360型和MSCKb2370型錨固劑各1卷，兩幫錨桿每孔使用MSCKb2370型錨固劑1卷。

外層錨桿：采用MSGLW-500/22×6500自進式注漿長錨桿，錨桿間排距為0.8 m×0.6 m，每孔配用2卷MSCKb2360的錨固劑、1卷MSCKb2370的錨固劑，托盤采用Q345B材質、抗拉強度380 MPa及以上的碳素結構鋼板加工而成的蝶形托盤，規(guī)格300 mm×300 mm×1 6mm，預緊力不小于150 kN，錨固力不小于180 kN，表面噴射總厚240 mm混凝土噴層，深淺分區(qū)注漿通過長短注漿錨桿對圍巖進行加固。巷道優(yōu)化支護方案布置如圖2。

圖2 巷道優(yōu)化支護方案圖

3 數值模擬

運用FLAC3D軟件對121101工作面回采巷道開挖進行數值模擬，對比分析原支護方案與優(yōu)化支護技術方案下巷道開挖后圍巖的變形。

所建模型的邊界條件為：模型的左、右以及上端面設置為應力邊界條件，在模型的上頂面施加等同于巷道的實際埋深的應力載荷，模型前、后端面以及底面設置為位移邊界。模型總共劃分為58 956個單元、81 042個節(jié)點。在模型的計算過程中錨桿錨索衰減參數與塑性變形關系見表2。

表2 錨桿索衰減參數與塑性變形關系

不同支護方案下巷道開挖后圍巖位移分布云圖如圖3所示。通過對比二者的位移云圖可看出，采用新支護技術方案后，巷道頂板最大沉降值約為15 mm，和原支護方案相比，最大沉降值減小了約46%；巷道底板最大隆起值約為11 mm，和原支護方案相比，最大隆起值減小了約39%。說明新支護技術方案更能有效控制松軟破碎圍巖的穩(wěn)定性。

圖3 巷道垂直位移分布云圖

原支護方案與新支護技術方案下巷道開挖后圍巖塑性區(qū)分布云圖如圖4所示。通過對比可以看出，采用新支護技術方案后，巷道圍巖的塑性區(qū)范圍大約為3.2 m，相比原支護方案減小了約58.3%。這是由于新支護技術方案的高強度錨桿發(fā)揮出了錨固體的承載能力，控制了巷道圍巖塑性區(qū)的發(fā)展。

4 現場應用及監(jiān)測

在121101工作面回采巷道頂底板及兩幫布設表面位移測站進行現場監(jiān)控量測，巷道圍巖表層位移變形量監(jiān)測結果如圖5。由曲線圖可以看出，巷道穩(wěn)定后，圍巖收斂速率降低為1.2 mm/d，頂板最大變形量為30 mm，兩幫最大變形量約為34 mm，底板最大變形量為14 mm，總體變形量較小。巷道噴層結構未發(fā)生開裂、掉塊現象，表明變形得到有效控制。

圖5 巷道圍巖變形量曲線圖

5 結論

（1）對松軟破碎圍巖的原支護方案和優(yōu)化支護方案的數值模擬，確定了新支護技術的可行性。

（2）采用新支護技術后，巷道圍巖的整體變形量明顯減小。同時根據現場監(jiān)測結果顯示，采用新支護技術后，圍巖離層量大幅減小，實現了對松軟破碎圍巖的有效控制，驗證了新支護技術的合理性。