梁日軍

（山西宏宇誠鑄建設工程有限公司，山西 朔州 038300）

隨著礦井淺部可采區(qū)的逐漸減少，開采深度不斷增加，巷道支護難度不斷加大。山西馬道頭礦三采區(qū)軌道大巷掘進過程中遇到F13 斷層，巖層較軟，以往的支護方式無法滿足該區(qū)域支護強度需求。深部開采時，巖層地應力大，遇到軟巖地層、斷層構造情況，巷道支護難度更大。為解決該問題，以數值模擬研究為基礎，結合現(xiàn)場實際制定了巷道支護措施和后期觀測，通過后期數據觀測論證了巷道支護措施可靠性。研究結果對其他同類型巷道支護措施改進具有一定的指導意義和現(xiàn)實意義[1-8]。

1 概況

礦井核定產能1000 萬t/a，為高瓦斯礦井。三采區(qū)整體構造簡單，主采2#煤層，平均厚度5.86 m，平均傾角為3°。頂板為砂質泥巖，底板為泥巖。采用綜合機械化走向放頂煤開采，一次采高3 m，放頂煤2.86 m。

三采區(qū)內構造簡單，主采2#煤層厚度變化較小，埋深620～900 m。三采區(qū)軌道大巷設計高度為6 m，設計寬度5 m，頂部、兩幫均采用高強度錨桿，規(guī)格Ф20 mm×2400 mm，錨桿為鋼制錨桿，左右?guī)头謩e使用錨桿4 根，頂板使用錨桿5 根，整體支護為錨噴支護方式。巷道斷面如圖1。三采區(qū)軌道大巷掘進通過F13 斷層，斷層斷距3 m，上、下盤之間巖石整體破碎，整體巖層比較軟。

圖1 巷道支護圖（m）

2 巷道圍巖數值模擬研究

2.1 參數測定

為確定巷道圍巖基本參數，分別在巷道圍巖取頂板、底板、2#煤層試樣，進行實驗室測量。試驗測量得到不同巖層基本參數見表1。

表1 基本參數表

2.2 數值模擬

以現(xiàn)場取樣材料所測得的不同巖層基本參數為依據，進行巷道支護數值模擬試驗。使用模擬軟件FLAC3D進行數值模擬，分別模擬當前支護方式下圍巖穩(wěn)定性以及加強支護后巷道圍巖穩(wěn)定性。通過現(xiàn)場測試，三采區(qū)軌道大巷地應力為6.9 MPa。根據測量，巷道掘進通過F13 斷層過程中，巷道頂板距離斷層位置約為1 m，因此采用錨桿支護時1 m范圍以外錨固強度將會減小。

模擬得到當前支護情況下巷道圍巖應力分布情況如圖2。由圖2 可知，當前支護情況下，巷道底板起鼓概率較大，頂板有出現(xiàn)變形、垮落的危險，在頂板1 m 范圍內出現(xiàn)應力集中、圍巖受力過大的情況；頂板中部區(qū)域應力為反向內聚力，內部為外壓力，因此底鼓情況較為嚴重。

圖2 原支護情況下巷道圍巖應力分布圖

為保證巷道整體支護穩(wěn)定性，對巷道斷面加強支護，假設分別對巷道頂板進行U 型鋼支護，底板進行混凝土澆筑支護，進行數值模擬，模擬結果如圖3。

圖3 加強支護后巷道圍巖應力分布圖

由圖3 可知，巷道加強支護后，頂板和左右?guī)蛧鷰r穩(wěn)定，未出現(xiàn)應力集中現(xiàn)象，底板未出現(xiàn)反向內聚應力現(xiàn)象，整個巷道圍巖穩(wěn)定。

3 巷道支護措施及效果考察

3.1 支護措施

根據支護方式數值模擬結果分析可知，巷道應進行U 型鋼支護。U 型鋼規(guī)格為25U，24.95 kg/m，U 型鋼排距1 m。底板鋪設混凝土+網片，網片規(guī)格20 mm×20 mm。支護設計圖如圖4。

圖4 加強支護后的巷道（m）

3.2 效果考察

采用優(yōu)化后支護方式，支護完成后對巷道頂板安裝頂板離層儀，對離層儀數據進行為期90 d 的統(tǒng)計考察，考察結果如圖5。

圖5 巷道頂板離層儀數據圖

通過對巷道掘進通過F13 斷層范圍內頂板離層儀變化量平均量數據統(tǒng)計分析可知，該區(qū)域內深部最大位移量40 mm，淺部最大位移量為15 mm，整體變形量在合理范圍內；巷道位移量在第60 天后整體趨于穩(wěn)定?，F(xiàn)場觀測，巷道頂板、兩幫及底板未出現(xiàn)變形嚴重、垮落等現(xiàn)象。

4 結語

（1）深部開采掘進巷道過斷層期間，巖層較軟，僅通過錨噴支護措施無法滿足支護要求，會出現(xiàn)底鼓、頂板垮落的現(xiàn)象。

（2）頂板使用25U 型鋼進行加強支護，底板使用混凝土+網片支護，提高了巷道整體性，有效控制了深部開采過斷層的支護問題。