齊方躍 魏永啟 金思德

摘要：通過分析影響近距離煤層采空區(qū)下回采巷道穩(wěn)定性的原因，提出合理的支護(hù)工況，確定相應(yīng)的支護(hù)參數(shù)，優(yōu)化支護(hù)方案，選擇合理的支護(hù)方式，從而有效的控制掘進(jìn)期間圍巖的變形。

關(guān)鍵詞：回采巷道 支護(hù)方案 支護(hù)力學(xué)

1 概述

影響近距離煤層采空區(qū)下回采巷道穩(wěn)定性的原因：

近距離煤層采空區(qū)下回采巷道變形破壞的主要原因可以歸結(jié)為以下幾個(gè)方面：①工程地質(zhì)條件不利。圍巖巖性軟弱，層理發(fā)育，強(qiáng)度低，同時(shí)受到上覆采區(qū)采動(dòng)等的影響，圍巖損傷、軟化嚴(yán)重，且圍巖賦存深度大，自重和構(gòu)造地應(yīng)力水平高，巷道明顯具有深部高應(yīng)力特征。②支護(hù)設(shè)計(jì)不當(dāng)。首先支護(hù)設(shè)計(jì)方法不當(dāng)。在深部近距離煤層開采環(huán)境下，由于工程圍巖所表現(xiàn)出的非線性力學(xué)特性，使得在進(jìn)行穩(wěn)定性控制設(shè)計(jì)時(shí)，不能簡單的采用參數(shù)設(shè)計(jì)，而必須結(jié)合近距離煤層回采巷道的具體情況，考慮采用二次以至更復(fù)雜的多次非線性大變形力學(xué)穩(wěn)定性耦合控制設(shè)計(jì)理論。其次所采用的支護(hù)形式不當(dāng)。常規(guī)支護(hù)由于支護(hù)體與圍巖之間不耦合使得巷道出現(xiàn)頂板下沉、收幫、鋼架變形、底臌等大變形破壞現(xiàn)象。具體表現(xiàn)為：a頂板支護(hù)強(qiáng)度不足，支護(hù)體不僅強(qiáng)度低，剛度低，而且和圍巖不耦合。造成支護(hù)體單兵輪流作戰(zhàn)，支護(hù)力學(xué)效能不能充分發(fā)揮。同時(shí)，沒有考慮對于近距離煤層回采巷道圍巖損傷嚴(yán)重的現(xiàn)狀，支護(hù)措施針對的重點(diǎn)是控制圍巖的移動(dòng)變形還是加固圍巖認(rèn)識(shí)不夠清晰。b菱形編織網(wǎng)強(qiáng)度低，對圍巖的約束能力差；c未考慮構(gòu)造應(yīng)力影響和巖層結(jié)構(gòu)的影響，采用對稱支護(hù)，造成巷道產(chǎn)生非對稱變形。③開放式底板控制。巷道底板原支護(hù)為開放式支護(hù)結(jié)構(gòu)，不采取任何措施，成為巷道能量釋放的主要通道，是造成底臌的直接原因。巷道掘進(jìn)初期采用的支護(hù)形式是半封閉的，未對底板采取有效的支護(hù)措施，使巷道支護(hù)體成為開放結(jié)構(gòu)，造成底臌比較嚴(yán)重，圍巖性質(zhì)進(jìn)一步惡化。底臌后兩側(cè)的變形又會(huì)引起巷道的肩部和頂部產(chǎn)生應(yīng)力集中，進(jìn)而誘發(fā)巷道發(fā)生不對稱變形破壞。④巷道受多次回采動(dòng)壓影響大，二次擾動(dòng)對巷道的破壞加劇。由于多次回采的影響，致使回采巷道反復(fù)受到動(dòng)壓影響，對其穩(wěn)定十分不利。⑤施工質(zhì)量不到位。錨網(wǎng)支護(hù)是一項(xiàng)隱性工程，其支護(hù)質(zhì)量好壞難以直觀判斷，支護(hù)體本身的隱蔽性，對各支護(hù)的質(zhì)量評定較為困難。施工中如錨桿安裝不到位、錨固力和預(yù)緊力達(dá)不到要求、聯(lián)網(wǎng)質(zhì)量不過關(guān)等也會(huì)影響支護(hù)效果。

2 支護(hù)方案對比優(yōu)化

根據(jù)對類似礦井近距離煤層采空區(qū)下回采巷道的變形破壞特征及南屯煤礦近距離煤層回采巷道在常規(guī)支護(hù)狀態(tài)下的分析，我們可以看出，近距離煤層回采巷道在合理布置巷道位置的基礎(chǔ)上，轉(zhuǎn)化為采空區(qū)下普通回采巷道在有限厚度的夾矸下掘進(jìn)期間和回采期間巷道穩(wěn)定性的問題。

根據(jù)南屯煤礦93下05工作面上覆采空區(qū)的陷落帶及夾矸情況（圖1及表1所示），提出兩種支護(hù)工況，其中，第一種工況為錨網(wǎng)+工字鋼雙棚支護(hù)，第二種工況為注漿錨桿+鋼筋網(wǎng)+鋼帶+底角錨管支護(hù)。第一種工況是在近距離煤層在合理確定回采巷道位置的基礎(chǔ)上，可認(rèn)為支護(hù)荷載為上覆采空區(qū)陷落帶+裂隙巖體的重量，為給定載荷（圖2），主動(dòng)支護(hù)+被動(dòng)支護(hù)相結(jié)合，利用淺埋壓力理論設(shè)計(jì)確定參數(shù)；第二種工況是利用注漿錨桿對裂隙巖體進(jìn)行加固（圖3），最大限度的發(fā)揮裂隙巖體的自承能力，參照相關(guān)類似巷道并結(jié)合本工作面回采巷道的工程地質(zhì)條件，確定相應(yīng)的支護(hù)參數(shù)。

支護(hù)工況一的支護(hù)參數(shù)如下：

錨桿：頂錨桿采用φ22×2200 mm KMG500左旋無縱筋等強(qiáng)螺紋鋼錨桿，幫錨桿采用φ20×1800mm KMG400左旋無縱筋等強(qiáng)螺紋鋼錨桿，頂錨桿每排布置6根，間距為840mm；由于巷道沿?cái)嗝娣较蛎簩觾A角較大，幫錨桿上幫每排布置4根，間距為800mm，下幫每排布置3根，間距1000mm，排距均為900mm。

金屬網(wǎng)：機(jī)織10#鐵絲加工的金屬網(wǎng)，頂金屬網(wǎng)采用3800×1000mm金屬網(wǎng)，幫采用2500×1000mm菱形網(wǎng)。

架棚：棚梁、棚腿均采用12#礦用工字鋼，棚頂全長3600mm，凈長3300mm，棚爪及加固板焊接牢固；棚腿全長3000mm。

支護(hù)工況二的支護(hù)參數(shù)如下：

錨桿：在93下05工作面一側(cè)采用用φ20mm左旋無縱筋螺紋鋼等強(qiáng)錨桿，長1800mm，間排距850×900mm，錨固劑采用CK2350型樹脂藥卷2卷，錨桿預(yù)緊力不小于8t；非工作面一側(cè)幫部采用φ25mm中空注漿錨桿，長2000mm，間排距850×900mm。破斷力為150kN，抗拉強(qiáng)度達(dá)到500Mpa；頂板采用φ25mm中空注漿錨桿，長2000mm，間排距850×900mm，三花布置。破斷力為150kN，抗拉強(qiáng)度達(dá)到500MPa。

底角錨管：底角錨桿使用φ34mm管縫式錨桿，長1800mm，與水平面成45°夾角打在巷道底角，安裝完后，將錨桿管內(nèi)的碎石清除后，向錨桿管內(nèi)灌入水泥漿，再插入一根螺紋鋼錨桿。每排各打1根。底角錨桿排距900mm，采用平行布置。

鋼筋網(wǎng)：鋼筋網(wǎng)采用φ6mm鋼筋焊制而成，網(wǎng)孔70×70mm。網(wǎng)片間搭接長度70mm，進(jìn)行逐扣連接。

鋼帶：幫部采用長3000mm的四孔高凸梯形鋼帶將非工作面?zhèn)人母^桿連接在一起；頂板采用長4200mm的六（五）孔高凸梯形鋼帶將頂板錨桿連接在一起。

3 結(jié)語

通過以上分析，注漿錨桿+鋼帶+菱形網(wǎng)+底角錨管支護(hù)較錨網(wǎng)+工字鋼雙棚支護(hù)在控制巷道圍巖的變形、破壞場的發(fā)展及支護(hù)體的受力均勻程度上，都具有其獨(dú)特的優(yōu)越性，錨網(wǎng)+工字鋼雙棚在控制近距離煤層回采巷道的頂板及幫部變形上作用也較明顯，但不能有效控制回采巷道的底臌，可能造成后期回采時(shí)需要多次對底板進(jìn)行拉底等處理。結(jié)合南屯礦的實(shí)際情況，決定在93下05工作面回采巷道的穩(wěn)定性控制采用錨網(wǎng)+工字鋼雙棚支護(hù)方式，實(shí)際實(shí)踐證明，此控制措施在控制掘進(jìn)期間圍巖的變形是可行的。

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作者簡介：齊方躍（1961-），男，大學(xué)畢業(yè)，高級(jí)工程師，兗州煤業(yè)公司生產(chǎn)技術(shù)部，主要從事礦山壓力觀測、沖擊地壓防治及采煤技術(shù)管理工作。