馬保平，張俊兵，李耀暉，劉少偉，廖微亮，李 軍

(1.山西三元福達(dá)煤業(yè)有限公司，山西 長(zhǎng)治 046300；2.晉能控股煤業(yè)集團(tuán) 七一煤礦，山西 晉城 048400；3.河南理工大學(xué) 能源科學(xué)與工程學(xué)院，河南 焦作 454000；4.山西焦煤西山煤電集團(tuán)公司 斜溝礦，山西 呂梁 033600)

巷道掘進(jìn)后，圍巖應(yīng)力受多種因素共同作用呈現(xiàn)出新的分布特點(diǎn)，不同影響因素條件下巷道圍巖受力、變形及破壞特征存在差異，這就要求巷道圍巖控制對(duì)策具有針對(duì)性，“一礦一策”“一面一策”的巷道圍巖治理理念被廣泛認(rèn)知。

關(guān)于多種因素共同作用影響煤巷圍巖穩(wěn)定性的研究較多。文獻(xiàn)[1]針對(duì)急傾斜軟硬互層巷道圍巖大變形控制難題，研究了巷道變形破壞機(jī)制，得出了產(chǎn)生非對(duì)稱變形破壞的關(guān)鍵部位，提出了有效的控制方案；文獻(xiàn)[2]以具體巷道為背景，分析了深部緩傾斜軟巖巷道非對(duì)稱變形的機(jī)理，指出了部分關(guān)鍵因素對(duì)巷道非對(duì)稱變形的影響，并提出了非對(duì)稱耦合支護(hù)對(duì)策；文獻(xiàn)[3]通過(guò)推導(dǎo)上幫煤體穩(wěn)定安全系數(shù)計(jì)算公式，分析了傾角作用下沿頂掘進(jìn)回采巷道的上幫煤體穩(wěn)定性，預(yù)測(cè)了上幫煤體失穩(wěn)滑移區(qū)，提出了解決大傾角巷道煤幫滑移問(wèn)題的方法；文獻(xiàn)[4]針對(duì)急傾斜特厚煤層回采巷道的非對(duì)稱變形破壞揭示了巷道非對(duì)稱變形破壞機(jī)理，分析了巷道應(yīng)力場(chǎng)及塑性區(qū)分布特征，提出了針對(duì)性的巷道支護(hù)加固方案；文獻(xiàn)[5]通過(guò)掌握大傾角煤層巷道圍巖破壞特征，建立不同煤層傾角巷道圍巖變形破壞的數(shù)值模型，研究大傾角煤層巷道圍巖非對(duì)稱變形破壞機(jī)理，最終指出了圍巖變形破壞的關(guān)鍵部位；文獻(xiàn)[6]基于具體急傾斜煤層硬頂軟煤巷道，揭示了煤巖巷掘進(jìn)過(guò)程中圍巖變化破壞特征，通過(guò)支護(hù)優(yōu)化試驗(yàn)，得出了控制此類巷道圍巖變形破壞的方法；文獻(xiàn)[7]得出了深部?jī)A斜巖層巷道圍巖變形破壞的主要表現(xiàn)，在此基礎(chǔ)上提出了針對(duì)性的控制對(duì)策；文獻(xiàn)[8]建立了大傾角煤層軟巖回采巷道圍巖失穩(wěn)狀態(tài)方程，提出了大傾角煤層軟巖回采巷道耦合支護(hù)方案，得出回采巷道頂板失穩(wěn)呈弧形非對(duì)稱破斷；文獻(xiàn)[9，10]研究了急傾斜煤層巷道圍巖應(yīng)力和位移分布特征，基于此特征指出了支護(hù)的關(guān)鍵部位，提出了針對(duì)此類巷道圍巖的綜合控制技術(shù)；文獻(xiàn)[11]分析了傾斜巷道在自重應(yīng)力場(chǎng)下的位移和應(yīng)力情況，并對(duì)U 型鋼支架支護(hù)機(jī)理與支護(hù)特性進(jìn)行了詳細(xì)分析，得出U 型鋼支架與混凝土聯(lián)合支護(hù)相結(jié)合的控制技術(shù)；文獻(xiàn)[12]針對(duì)具體工程問(wèn)題，對(duì)影響堅(jiān)硬頂板巷道穩(wěn)定性的主要因素及支護(hù)技術(shù)進(jìn)行了研究。

目前，鮮有作者對(duì)厚硬頂板緩傾斜軟煤層巷道圍巖變形機(jī)制進(jìn)行研究，若對(duì)此類巷道圍巖穩(wěn)定性估計(jì)不足，不僅易在巷道掘進(jìn)時(shí)產(chǎn)生安全隱患，而且直接影響巷道圍巖支護(hù)參數(shù)的設(shè)計(jì)。本文以石壕煤礦厚硬頂板緩傾斜軟煤層巷道為對(duì)象進(jìn)行研究，以掌握巷道圍巖變形機(jī)制，并提出針對(duì)性治理方案，為類似條件的巷道圍巖治理提供一定參考。

1 工程概況

1.1 地質(zhì)條件

石壕煤礦主采二1煤層，煤層傾角11°～16°，平均約14°，煤層平均厚度為4.95m，煤的f值為0.2，屬軟弱煤層。二1煤層直接頂為大占砂巖，單軸抗壓強(qiáng)度113.09MPa，抗拉強(qiáng)度10.97MPa，十分堅(jiān)硬，直接頂厚度10.57～25.37m，平均厚度17.97m，厚度變化很大。直接底主要為炭質(zhì)泥巖，平均厚度為6.03m，抗壓、抗拉強(qiáng)度均不高，水平層理發(fā)育。在二1煤層布置的12162工作面埋深約360m，12162工作面進(jìn)風(fēng)巷道沿頂掘進(jìn)，屬典型的厚硬頂板緩傾斜軟煤層巷道，其斷面為直墻拱形，寬×高=4.8m×3.4m，采用U型棚+鋼筋網(wǎng)+背木進(jìn)行支護(hù)，12162工作面下鄰12182工作面，巷道空間關(guān)系及頂?shù)装鍘r性分布如圖1所示。

12162進(jìn)風(fēng)巷道頂板穩(wěn)定性強(qiáng)、節(jié)理裂隙發(fā)育程度低，巷道圍巖的變形破壞主要由兩幫及底板造成，以型鋼支架為基礎(chǔ)的被動(dòng)支護(hù)作用效果差，主要表現(xiàn)為型鋼支架多處發(fā)生扭曲破斷及型鋼支架非對(duì)稱變形。

1.2 巷道圍巖變形破壞特征

在12162進(jìn)風(fēng)巷道布置觀測(cè)區(qū)域，通過(guò)鉆孔窺視試驗(yàn)、巷道圍巖表面位移監(jiān)測(cè)及巷道斷面形狀觀測(cè)的方法探測(cè)巷道圍巖的變形破壞特征，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研結(jié)果表明：

1)巷道幫部破壞范圍較頂部明顯大，且頂板右側(cè)破壞范圍大于頂板左側(cè)，巷道右?guī)推茐姆秶笥谙锏雷髱汀?/p>

2)巷道圍巖兩幫移近量>頂?shù)装逡平浚瑖鷰r位移量由大到小依次為底板>右?guī)?左幫>頂板；巷道圍巖歷經(jīng)快速變形—緩慢變形—流變變形3個(gè)階段，如圖2所示。

3)巷道頂板右側(cè)較左側(cè)、右?guī)拖虏枯^上部、左幫上部較下部及底板右側(cè)較左側(cè)變形更為明顯。巷道圍巖變形后輪廓如圖3所示。

2 厚硬頂板緩傾斜軟煤層巷道圍巖變形機(jī)制

基于12162進(jìn)風(fēng)巷道地質(zhì)條件，建立厚硬頂板緩傾斜軟煤層巷道圍巖力學(xué)模型，分析巷道圍巖變形機(jī)制。

2.1 厚硬頂板緩傾斜軟煤層巷道頂部變形機(jī)制

12162進(jìn)風(fēng)巷道頂部變形主要與頂板厚硬巖層的變形程度以及厚硬巖層下部軟弱煤體的變形程度有關(guān)。一般情況下巷道埋深及巷道長(zhǎng)度遠(yuǎn)大于巷道斷面跨度，因此可以把巷道圍巖變形當(dāng)作均勻載荷應(yīng)力場(chǎng)的平面問(wèn)題來(lái)處理[13]，基于力學(xué)知識(shí)所建立的厚硬頂板巖梁力學(xué)模型如圖4所示。

厚硬頂板巖梁的彎矩方程為：

則有：

將qc與Fc看作常數(shù)，由式(6)可知，隨著傾角增大，巷道厚硬頂板的最大下沉量逐漸減小，最大下沉量減小的速率隨煤層傾角增大逐漸增大。

由上述分析可知，由于厚硬頂板巖層的彈性模量E及厚度h均比較大，且受煤層傾角的影響，致使最大彎矩值較小，即巷道頂板厚硬巖層的下沉量較小。當(dāng)頂板厚硬巖層彈性模量E及厚度h值均增大到某一值時(shí)，頂板厚硬巖層下部軟弱煤巖體的變形程度對(duì)此類巷道頂部變形起主導(dǎo)作用，此時(shí)巷道頂部右側(cè)變形量大于左側(cè)；當(dāng)頂板厚硬巖層彈性模量E及厚度h值相對(duì)較小時(shí)，頂板厚硬巖層的變形程度對(duì)頂部變形起主導(dǎo)作用時(shí)，此時(shí)頂部左側(cè)變形量大于右側(cè)。

2.2 厚硬頂板緩傾斜軟煤層巷道幫部變形機(jī)制

巷道掘出后圍巖應(yīng)力重新分布，兩幫形成沿其表面的水平應(yīng)力τ和垂直應(yīng)力σ，將厚硬頂板緩傾斜軟煤層巷道兩幫所受的垂直應(yīng)力和水平應(yīng)力依據(jù)煤層傾角分解為平行于煤層傾斜方向和垂直于煤層傾斜方向的力，巷道兩幫受力如圖5所示。

根據(jù)圖5的力學(xué)模型，力的方向以指向巷道內(nèi)部為正，指向巷道外部為負(fù)，巷道右?guī)痛怪泵簩觾A斜方向的應(yīng)力分量f1為：

f1=τz-σz=τsinθ-σcosθ

(7)

右?guī)推叫忻簩觾A斜方向的應(yīng)力分量f2為：

f2=τx+σx=τcosθ+σsinθ

(8)

巷道左幫垂直煤層傾斜方向的應(yīng)力分量f3為：

f3=σz+τz=σcosθ+τsinθ

(9)

左幫平行煤層傾斜方向的應(yīng)力分量f4為：

f4=τx-σx=τcosθ-σsinθ

(10)

式中，θ為煤層傾角，(°)；τx、σx、τz、σz分別為巷道左右兩幫平行于煤層傾斜方向的應(yīng)力分量與垂直于煤層傾斜方向的應(yīng)力分量，MPa。

上述結(jié)果表明，巷道左右兩幫的受力形式有明顯差異，右?guī)褪艿酱怪庇诿簩觾A斜方向指向巷道外部的力和平行于煤層傾斜方向指向巷道內(nèi)部的力，與巷道左幫受力情況相比，巷道右?guī)惋@然更容易破壞，同時(shí)平行煤層方向的應(yīng)力易造成滑移擠壓，相比于垂直煤層方向的應(yīng)力更容易使幫部煤體變形破壞，圖5中平行于煤層傾斜方向的應(yīng)力分量指向表明右?guī)拖虏考白髱蜕喜孔冃胃黠@。

此外由式(8)與式(10)可知，隨著煤層傾角的增大，巷道右?guī)推叫杏趲r層傾斜方向的應(yīng)力分量值逐漸增大，巷道左幫平行于巖層傾斜方向的應(yīng)力分量值逐漸減小，因此煤層傾角越大，巷道右?guī)妥冃瘟颗c左幫變形量的差值越大。

2.3 厚硬頂板緩傾斜軟煤層巷道底板變形機(jī)制

不考慮底板遇水軟化、膨脹等自身因素引起的底板變形，可以認(rèn)為巷道底板是易發(fā)生變形破壞的松散體，運(yùn)用朗肯土壓力理論，假定巷道底板左側(cè)受均布載荷p、右側(cè)受均布載荷qm，巷道底板左右兩側(cè)受力如圖6所示[14]。

以巷道底板右側(cè)作為研究對(duì)象，把BC作為擋土墻，BC左側(cè)區(qū)域在均布載荷qm的作用下處于主動(dòng)塑性壓力狀態(tài)，右側(cè)處于被動(dòng)塑性壓力狀態(tài)，右側(cè)達(dá)到被動(dòng)塑性壓力狀態(tài)時(shí)，底板將受到向上的力，底板巖體達(dá)到極限強(qiáng)度時(shí)，底板被破壞，產(chǎn)生底鼓。底板受力破壞計(jì)算如圖7所示。

式中，σa為主動(dòng)壓力強(qiáng)度，MPa；σp為被動(dòng)壓力強(qiáng)度，MPa；γ為上覆巖層的平均容重，kN/m3；φ為底板煤巖體的內(nèi)摩擦角，(°)；σc為巖石的單軸抗壓強(qiáng)度，MPa；qm為底板右側(cè)所受均布載荷，MPa；y為底板右側(cè)的破壞深度，m。

在BC范圍內(nèi)，σa>σp時(shí)，這段區(qū)域的底板煤巖體處于破壞狀態(tài)，在C點(diǎn)以下的底板巖層處于彈性狀態(tài)。在C點(diǎn)處，σa=σp，底板圍巖處于極限平衡狀態(tài)。則底板右側(cè)的極限破壞深度：

同理，可得到底板左側(cè)的極限破壞深度，由于煤層傾角的影響，巷道底板左右兩側(cè)受力不同，即均布載荷p和qm大小不相等，直接導(dǎo)致巷道內(nèi)底鼓呈不對(duì)稱分布，可根據(jù)巷道底板左右兩側(cè)實(shí)際底鼓量判斷底板左右兩側(cè)的受力大小，受力大的一側(cè)底鼓量也比較大，當(dāng)p大于qm時(shí)，左側(cè)底鼓嚴(yán)重，當(dāng)q大于qm時(shí)，右側(cè)底鼓嚴(yán)重。

式(14)可表明底板極限破壞深度跟底板所受均布載荷p(qm)、上覆巖層的平均容重γ及底板煤巖體的內(nèi)摩擦角φ有關(guān)，p(qm)及γ不變時(shí)，底板極限破壞深度隨著內(nèi)摩擦角的增大而減小。

3 厚硬頂板緩傾斜軟煤層巷道圍巖變形影響因素研究

依托12162進(jìn)風(fēng)巷道地質(zhì)力學(xué)條件，對(duì)厚硬頂板緩傾斜軟煤層巷道圍巖變形影響因素展開(kāi)數(shù)值模擬分析。

3.1 數(shù)值模型建立與模擬方案制定

建立數(shù)值計(jì)算模型，模型x×y×z=72m×10m×78m，對(duì)模型進(jìn)行邊界約束，模型上表面施加σz=γH=9MPa的垂直方向應(yīng)力，水平方向施加σx=σy=10.8MPa的應(yīng)力(側(cè)壓系數(shù)取1.2)。頂?shù)装鍖游环植技皵?shù)值計(jì)算模型建立如圖8所示。

模擬采用Mohr-Coulomb模型，根據(jù)室內(nèi)巖石力學(xué)測(cè)定及相關(guān)折減計(jì)算，綜合確定了本次數(shù)值模擬所用的煤巖體物理力學(xué)參數(shù)，各巖層的物理力學(xué)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 煤巖體物理力學(xué)參數(shù)

依據(jù)12162進(jìn)風(fēng)巷道生產(chǎn)地質(zhì)條件，對(duì)影響厚硬頂板緩傾斜軟煤層巷道變形的主要因素進(jìn)行數(shù)值模擬。具體模擬方案：

1)堅(jiān)硬頂板厚度對(duì)此類巷道圍巖變形破壞的影響。模擬中堅(jiān)硬頂板厚度取3m、6m、12m、25m。

2)在堅(jiān)硬頂板厚度L為25m時(shí)，巷幫煤體粘聚力(C)、內(nèi)摩擦角(φ)對(duì)此類巷道圍巖變形破壞的影響。模擬中C、φ取值見(jiàn)表2。

表2 不同C、φ取值

3.2 模擬結(jié)果分析

3.2.1 堅(jiān)硬頂板厚度對(duì)圍巖變形破壞的影響

巷道開(kāi)挖后無(wú)支護(hù)時(shí)，不同堅(jiān)硬頂板厚度時(shí)，各模型巷道圍巖塑性區(qū)分布如圖9所示。

對(duì)于厚硬頂板傾斜軟煤層巷道，在煤層傾角不變的情況下，僅改變巷道直接頂?shù)暮穸?，由圖9可知，隨著直接頂厚度的增加，巷道圍巖最大破壞深度明顯減小，在直接頂厚度為3m時(shí)，巷道圍巖最大破壞深度為4m，在直接頂厚度為6m時(shí)，巷道圍巖破壞范圍無(wú)明顯變化，在直接頂厚度為12m、25m時(shí)，塑性最大破壞深度逐漸減小。此外，隨著直接頂厚度的增加，頂板破壞范圍無(wú)明顯變化，底板破壞深度逐漸減小，兩幫破壞深度逐漸增大。就整體破壞范圍來(lái)講，隨著直接頂厚度的增加，巷道圍巖塑性區(qū)范圍逐漸減小，在直接頂厚度較小時(shí)，兩幫破壞深度之和小于頂?shù)装迤茐纳疃戎停S著直接頂厚度繼續(xù)增大，兩幫破壞深度之和大于頂?shù)装迤茐纳疃戎汀?/p>

3.2.2 煤體C、φ值對(duì)圍巖變形破壞的影響

巷道開(kāi)挖后無(wú)支護(hù)時(shí)，不同煤體C、φ值時(shí)，各模型巷道圍巖塑性區(qū)分布如圖10所示。

在煤層傾角14°、直接頂厚度25m條件下，由圖10可知，隨著煤幫C、φ值增大，巷道圍巖的破壞區(qū)域明顯減小，巷道塑性最大破壞深度由方案1計(jì)算所得的3m逐漸減小為方案2計(jì)算所得的2.5m，直到方案3中，塑性破壞深度為1.5m，且方案3中塑性破壞范圍基本趨于0.5～1m?？梢?jiàn)增大煤幫C、φ值，可有效控制兩幫及頂?shù)装逅苄詤^(qū)的分布范圍，從而達(dá)到控制巷道圍巖變形的目的。

綜合上述多因素影響下此類巷道圍巖變形破壞數(shù)值模擬結(jié)果可知，增大堅(jiān)硬頂板厚度、增大煤幫C(φ)值可有效減小巷道圍巖不對(duì)稱變形破壞范圍。

4 厚硬頂板緩傾斜軟煤層巷道圍巖控制對(duì)策

4.1 控制思路

研究結(jié)果表明，此類巷道圍巖變形量由大到小依次為底板>右?guī)?左幫>頂板，且頂?shù)装寮皟蓭透鱾?cè)均存在不對(duì)稱變形現(xiàn)象?；谏鲜鼋Y(jié)果，首先明確此類巷道圍巖重點(diǎn)治理區(qū)域，并依據(jù)治幫先治底及不對(duì)稱支護(hù)的基本方略，結(jié)合增大堅(jiān)硬頂板厚度與增大煤體C、φ值可有效減小此類巷道圍巖變形破壞范圍的規(guī)律，參考U型鋼為主的被動(dòng)支護(hù)被動(dòng)支撐上覆巖層施加的載荷，而主動(dòng)支護(hù)可有效增強(qiáng)頂板巖層的自承載能力且主動(dòng)支護(hù)須有較好的力學(xué)承載環(huán)境的實(shí)際情況，最終提出“底板錨桿孔擴(kuò)孔灌漿+幫部注漿+非對(duì)稱錨網(wǎng)索支護(hù)”的聯(lián)合支護(hù)方案。“底板錨桿孔擴(kuò)孔灌漿”就是根據(jù)底板變形破壞實(shí)際情況，在巷道底板布置不對(duì)稱正楔形孔，之后往所布置的孔里灌漿；“幫部注漿”即在巷幫布置不對(duì)稱注漿孔，對(duì)其進(jìn)行注漿加固?？筛鶕?jù)現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)情況調(diào)整聯(lián)合支護(hù)強(qiáng)度，如頂板堅(jiān)硬巖層厚度及地質(zhì)應(yīng)力異常區(qū)域。12162進(jìn)風(fēng)巷道圍巖治理區(qū)域結(jié)構(gòu)規(guī)劃如圖11所示。

漿液擴(kuò)散加固煤巖體的實(shí)質(zhì)就是通過(guò)提高煤巖體的C、φ值來(lái)實(shí)現(xiàn)巷道圍巖改性。底板正楔形孔灌漿不但能提高煤巖體的C、φ值，而且孔中漿體凝結(jié)后形成的正楔形柱體可有效阻止底板滑移破壞。不對(duì)稱支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)可改善支護(hù)與圍巖之間變形協(xié)調(diào)性。

4.2 裝置設(shè)計(jì)

底板正楔形孔布置采用課題組自行研發(fā)的錨桿孔鉆擴(kuò)機(jī)具[15]，煤體注漿加固采用課題組自行研發(fā)的可重復(fù)使用的新型封孔注漿裝置[16，17]。錨桿孔鉆擴(kuò)機(jī)具及可重復(fù)使用的新型封孔注漿裝置如圖12所示。

錨桿孔鉆擴(kuò)機(jī)具主要由推刀桿、彈簧和刀具等部分組成，該機(jī)具可成正楔形鉆孔，如圖12(a)所示。

錨桿孔鉆擴(kuò)機(jī)具使用方法：鉆打錨桿孔到設(shè)計(jì)深度，退出鉆頭；將安裝有單翼擴(kuò)孔裝置的鉆桿推入孔底，連接鉆機(jī)進(jìn)行擴(kuò)孔，在鉆進(jìn)旋轉(zhuǎn)推進(jìn)過(guò)程中，擴(kuò)孔裝置內(nèi)的推桿將刀具逐漸推開(kāi)，刀具將切削孔底煤巖，直至推桿完全被推入；停止推進(jìn)，推桿在內(nèi)部彈簧作用下被彈出，刀具進(jìn)入刀具槽內(nèi)退出孔外，完成孔底擴(kuò)孔。

新型封注裝置主要由快速注漿部位(中空注漿管)、推力傳動(dòng)部位(由扭矩增效扳手、鋼套管、螺母組成)、膨脹封孔部位(由橡膠套與鋼墊片組成)及防止倒流部位(鴨嘴閥)組成，如圖12(b)所示。新型封注裝置使用方法：將裝置塞進(jìn)已打好的注漿鉆孔中；通過(guò)扭矩增效扳手轉(zhuǎn)動(dòng)螺母推動(dòng)套管向注漿管尾端方向旋進(jìn)，此時(shí)橡膠套受到擠壓向外凸起并與孔壁緊密接觸，實(shí)現(xiàn)封孔；連接注漿泵開(kāi)始注漿，待注漿結(jié)束后尾端鴨嘴閥會(huì)在內(nèi)部壓力的作用下自動(dòng)關(guān)閉，防止?jié){液上返；一定時(shí)長(zhǎng)后，打開(kāi)閥門(mén)，卸下預(yù)緊螺母，解除封孔狀態(tài)，取下注漿裝置。

4.3 支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)

根據(jù)上述控制思路，以12162進(jìn)風(fēng)巷道為例進(jìn)行支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)。

4.3.1 鉆孔布置

底板灌漿孔用?42mm鉆頭打孔，再用擴(kuò)孔機(jī)具鉆擴(kuò)正楔形孔，鉆孔深度2.5m，垂直于底板布置，底板鉆孔布置如圖13(b)所示，最右側(cè)鉆孔距離巷道右?guī)?.8m，最左側(cè)鉆孔距離巷道左幫1.5m；右?guī)妥{孔用?42mm鉆頭打孔，鉆孔深度3m，垂直于幫部，間距為1m，鉆孔距離巷道底板0.8m，右?guī)豌@孔布置如圖13(c)所示；左幫注漿孔用?42mm鉆頭打孔，鉆孔深度2.5m，垂直于幫部，間距為1.2m，鉆孔距離巷道底板1.2m，左幫鉆孔布置如圖13(d)所示。

4.3.2 漿液配制

因12162進(jìn)風(fēng)巷道底幫煤巖體強(qiáng)度均較低，淺部破壞嚴(yán)重，裂隙高度發(fā)育，因此須用粘度大、凝結(jié)時(shí)間短的水灰比。綜合底板錨桿孔擴(kuò)孔灌漿漿液既有較大的擴(kuò)散范圍，且能形成正楔形結(jié)石體，選用水灰比為0.3∶1；兩幫注漿漿液選用水灰比為0.7∶1，配合注漿壓力1MPa。

4.3.3 錨網(wǎng)索支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)

根據(jù)12162進(jìn)風(fēng)巷道圍巖變形破壞特征，進(jìn)行錨桿(索)不對(duì)稱支護(hù)設(shè)計(jì)，如圖14所示。

錨網(wǎng)索支護(hù)參數(shù)為：錨桿采用左旋螺紋鋼錨桿，尺寸?22mm×2400mm，巷道右?guī)湾^桿間距600mm，左幫錨桿間距800mm，右側(cè)頂板錨桿間距700mm，左側(cè)頂板錨桿間距800mm。錨索鋼絞線?17.8mm×6300mm，間距1200mm。在地質(zhì)異常區(qū)域，可輔以型鋼支護(hù)。

4.4 新掘巷道應(yīng)用效果分析

12182工作面回風(fēng)巷道與12162工作面進(jìn)風(fēng)巷道地質(zhì)條件及設(shè)計(jì)巷道斷面大致相同，在12182回風(fēng)巷道掘進(jìn)時(shí)采用上述針對(duì)12162進(jìn)風(fēng)巷道設(shè)計(jì)的“底板錨桿孔擴(kuò)孔灌漿+幫部注漿+非對(duì)稱錨網(wǎng)索支護(hù)”的聯(lián)合支護(hù)參數(shù)，待試驗(yàn)段巷道支護(hù)完成后，在該試驗(yàn)段布置2個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，監(jiān)測(cè)巷道圍巖的表面位移，監(jiān)測(cè)周期為120d，巷道圍巖表面位移隨時(shí)間變化曲線如圖15所示。

由圖15可知，1#監(jiān)測(cè)斷面與2#監(jiān)測(cè)斷面監(jiān)測(cè)結(jié)果大致相同，在觀測(cè)的120d內(nèi)，兩幫位移量的最大值為164mm，頂?shù)装逦灰屏康淖畲笾禐?33mm，巷道圍巖變形仍以兩幫變形為主，但與12162進(jìn)風(fēng)巷道原支護(hù)圍巖變形量相比，巷道表面位移量大幅減小。可見(jiàn)，該聯(lián)合支護(hù)方案有效控制了厚硬頂板緩傾斜軟煤層巷道的變形，具有現(xiàn)實(shí)工程意義。

5 結(jié) 論

1)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)掌握了厚硬頂板緩傾斜軟煤層巷道圍巖特征，結(jié)果表明，此類巷道圍巖變形破壞明顯不對(duì)稱，并得出了此類巷道圍巖易發(fā)生變形破壞的大致位置。

2)通過(guò)建立厚硬頂板緩傾斜軟煤層巷道圍巖力學(xué)計(jì)算模型，揭示了此類巷道圍巖變形破壞機(jī)制。

3)通過(guò)數(shù)值模擬的方法，分析了多因素影響下此類巷道圍巖的位移及塑性區(qū)變化規(guī)律，結(jié)果表明，增大厚硬直接頂厚度與增大煤幫C(φ)值可有效減小巷道圍巖不對(duì)稱變形破壞范圍。

4)基于上述研究成果，提出了針對(duì)此類巷道圍巖治理的方案，即“底板錨桿孔擴(kuò)孔灌漿+幫部注漿+非對(duì)稱錨桿(索)支護(hù)”的聯(lián)合治理方案，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用結(jié)果表明，該方案可有效控制此類巷道圍巖變形。