劉 洋，王志浩

（河南能源焦煤公司寶雨山煤礦，河南 洛陽 471300）

引言

在礦下進行挖掘工作時，因為受礦井下施工環(huán)境的影響，施工巷道內(nèi)和對煤炭開采的地方會產(chǎn)生開采工作面土質或煤質過硬，不易開采；要么就是開采工作面和巷道周圍土質或煤質松軟，雖易開采但更容易造成安全事故；要么就是有的地方松軟，有的材質比較硬，導致在煤炭開采過程中難度較大，極大的影響了工作效率。尤其是礦井下特殊的三軟煤層圍巖環(huán)境，在該礦下施工環(huán)境中，巷道周圍由于巖土的很多不確定性因素以及現(xiàn)場情況各方面原因，導致巷道內(nèi)問題頻發(fā)，比如周圍巖石因為其自身流變性等性質產(chǎn)生松動脫落，巷道由于受力不均勻導致變形嚴重等。所以本文中將針對該巷道圍巖情況進行分析并提出支護結構優(yōu)化方案。

有以上提出的針對三軟巷道圍巖的問題，這里我們具體針對巷道頂板、底板及巷道兩側的嚴重變形問題進行仔細分析、認真研究。首先對礦井下巷道內(nèi)周圍的受力情況進行分析，計算出哪個地方應力比較集中，容易導致巷道周圍圍巖發(fā)生變形，其次對該處圍巖變形機理進行深入研究，并同時改進優(yōu)化巷道周邊圍巖的支護結構，保證開采工作的正常進行。

1 工程概況

1.1 “三軟”煤層工作面概況

經(jīng)過對該礦井下巷道圍巖現(xiàn)場情況的詳細調(diào)查，本文中研究煤炭開采面煤層厚度大概為3 m，該開采面距離地面的深度大約是350 m，該開采通道的總長度大約是1 200 m，整個開采工作面頃斜的長度大約是150 m，其傾斜角經(jīng)測量后大約為0°～11°。該礦井下煤炭開采面煤層結構沒有那么復雜，開采工作面的煤層在具體施工過程中整體比較穩(wěn)定。

該礦井下煤炭開采面通道中巷道周圍結構的具體數(shù)據(jù)見表1，詳細描述了該煤炭開采工作面的直接底、開采煤層結構等數(shù)據(jù)。由對該巷道內(nèi)煤炭開采工作面測得的數(shù)據(jù)得知，該開采工作面為三軟煤層結構。

表1 煤層情況表

1.2 巷道圍巖支護及變形情況

經(jīng)過對該礦井下巷道內(nèi)煤炭開采工作面的基本結構進行檢測，對以上數(shù)據(jù)的詳細分析，未優(yōu)化改進之前的工作面防護措施為錨網(wǎng)索聯(lián)合支護。用可承受應力載荷比較大的錨桿對煤炭開采工作面頂部進行支護，同時輔助以韌性強的金屬網(wǎng)進行輔助支護，該開采工作面的兩側也均使用同頂部支護一樣材質的高強預應力錨桿。為使該工作面頂部支護萬無一失，在原有的支護基礎上，再加上2根高強預應力的錨索。

通過相關技術和檢測操作對該礦下煤炭開采工作面變形數(shù)據(jù)進行監(jiān)測，由監(jiān)測數(shù)據(jù)我們發(fā)現(xiàn)煤炭開采工作面變形比較厲害，尤其是巷道底部，工作面頂板及兩側也發(fā)生了非常嚴重的變形，在巷道內(nèi)正常運行過程中，經(jīng)常對其檢修維護。

2 三軟煤層巷道圍巖應力分布及特征變形分析

2.1 側向應力分布形態(tài)

該三軟巷道圍巖結構由于礦下施工環(huán)境的特殊復雜性，其不同部位所受應力有很大區(qū)別。該巷道圍巖的應力分析圖如圖1所示。

圖1 三軟煤層巷道圍巖應力分布曲線

由以上所述，本文所研究的礦下巷道圍巖結構為軟頂板、軟底板、軟煤層的三軟煤層巷道圍巖，由以上應力分析圖我們可以得出，由于礦下復雜的施工環(huán)境等不確定因素，導致巷道內(nèi)兩側應力比較集中，同時造成巷道內(nèi)頂板和地板也會受到不同程度的應力。因為巷道內(nèi)工作面的頂板和底板的材質為泥巖，所以當兩者在受到不同程度的應力時，由于其泥巖材質的原因可減少一部分應力。

由以上應力分布圖中，我們通過比較曲線1和曲線2得出，軟直接頂在礦井下巷道內(nèi)對受到的應力進行分散時，軟直接頂?shù)氖艿降膽ψ畲笾翟谙蛎簩又行钠?，偏移量為；同時應力峰值也會受到影響，造成其承受負載能力減弱；側向支承應力也造成很大影響，該影響增大量為。

2.2 巷道圍巖變形原因分析

通過對巷道內(nèi)煤炭開采工作面現(xiàn)場數(shù)據(jù)的檢測，我們得出以上該礦下三軟巷道圍巖應力分析圖，這里筆者對巷道內(nèi)變形機理進行研究分析，如圖2所示。

圖2 三軟巷道圍巖變形特征

在該三軟巷道圍巖施工環(huán)境中，巷道頂部承受不同程度的載荷應力，三軟巷道圍巖受應力影響不同分區(qū)為：原巖區(qū)、影響區(qū)、破碎區(qū)。經(jīng)過多年在礦下工作的實踐經(jīng)驗并結合上圖該巷道變形特征進行分析，筆者發(fā)現(xiàn)在該礦下巷道煤層靠上的地方出現(xiàn)了應力集中，該煤層上方的集中應力與巷道內(nèi)原巖區(qū)的側應力相互配合一起作用，導致該礦下巷道內(nèi)如圖中所示破碎區(qū)的煤層在應力作用下發(fā)生一定程度的滑移現(xiàn)象，嚴重影響了該工作面的施工效率，對現(xiàn)場工作人員的人身安全造成了一定的威脅。接著應力向巷道底部傳遞，如果巷道底部支護結構沒有很好的發(fā)揮作用時，巷道內(nèi)將發(fā)生變形。

3 三軟巷道支護優(yōu)化設計

3.1 巷道圍巖支護控制原則

1）對該礦下巷道內(nèi)煤炭開采工作面的頂部進行強化支護，如在巷道頂部配置高強預應力錨索在原有的支護基礎上進一步增強頂部的承受載荷能力。

2）對該礦下巷道圍巖兩側加強預防支護，該礦下巷道兩側在受到來自頂部的載荷應力時，會發(fā)生不同程度的塑性變形，因此，我們要加強巷道兩側的支護結構。

3）通過對該礦下巷道變形特征的具體分析，我們知道巷道底部發(fā)生底部鼓起是巷道變形最主要的特征，因此我們要增強巷道底部圍巖的抗彎性能。增強其抵抗變形的能力。

4）通過以上對該礦下三軟巷道圍巖變形特征進行分析，我們知道煤體內(nèi)部在受到來自頂部載荷應力時，煤層會產(chǎn)生滑移現(xiàn)象，因此為了巷道內(nèi)施工安全和保證施工效率，必須增強煤層區(qū)域與巷道頂部、底部間的滑移阻力。

3.2 支護方案優(yōu)化設計

通過對上述巷道內(nèi)應力分析圖和三軟巷道圍巖變形特征進行認真研究分析，我們?yōu)榱吮ＷC在該礦下巷道內(nèi)安全作業(yè)和保證施工效率，對該巷道內(nèi)工作面在原有的支護基礎上進一步增強支護防護，改進優(yōu)化之前的支護結構，具體見圖3。優(yōu)化支護措施如下：

1）對之前的巷道內(nèi)頂部支護結構替換為Φ25 mm×2 500 mm的高強預應力錨桿，多配置適量錨桿在非破碎區(qū)，提升巷道頂部的抵抗變形能力，同時在該煤炭開采工作面頂部輔助配置以高強預應力錨索，每根錨索之間的排距經(jīng)精密計算為1.6 m×0.8 m，巷道頂部每一排設置2根錨索，將錨索延伸到基本頂區(qū)域，將進一步提高巷道頂板的抵抗變形能力，最后在巷道頂部鋪設鋼帶以最大程度加強支護。

2）對巷道兩側圍巖支護結構進行改進優(yōu)化，這里我們選擇Φ25 mm×2 500 mm承受載荷應力強的錨桿，每根錨桿之間的排距經(jīng)過仔細計算后是0.75 m×0.8 m，在巷道內(nèi)兩側鋪設錨桿時，每一排設置4根錨桿，同時為了防止巷道內(nèi)頂板發(fā)生滑移現(xiàn)象，還需要在巷道兩側鋪設斜向錨桿，最后在對支護結構改進優(yōu)化的基礎上，進一步鋪設鋼帶最大程度提高巷道兩側強度。

3）通過對巷道底部進行注漿來實現(xiàn)對巷道底部強度的增強，首先在巷道兩側以合適角度鉆注漿孔，通過注漿孔將注漿灌入巷道底部，鉆孔具體參數(shù)見圖3。

圖3 巷道支護優(yōu)化方案（未標單位：mm）

4 結論

主要針對礦下三軟煤層巷道圍巖詳細介紹了三軟巷道的應力受力分析圖、巷道圍巖的巖土層材質、通過建立三軟巷道圍巖力學模型對巷道圍巖的變形特征進行了分析，并同時考慮到原有的支護結構不能有效的保護巷道不發(fā)生變形、滑移等現(xiàn)象，對原有的支護結構提出了改進優(yōu)化方案，進一步增強了巷道圍巖強度。