馮智杰

（山西世德孫家溝煤礦有限公司，山西 保德 036600）

1 工程地質(zhì)條件

孫家溝煤礦13313 工作面北部距原同保煤礦準(zhǔn)備巷50 m，南部為13#煤北回風(fēng)巷，西部為尚未開采的13#煤層，東部為13311 綜放工作面（工作面巷間保護(hù)煤柱寬25 m）。13313 工作面上方是11107工作面采空區(qū)，11107 工作面已于2016年底回采完畢，停采線距13#煤北回風(fēng)巷200 m，13313 工作面與11107 工作面幾乎完全重疊，兩者垂直距離為17 m左右。13313 進(jìn)風(fēng)巷左幫上方為11107 工作面采空區(qū)煤柱 （煤柱寬30 m），13313 進(jìn)風(fēng)巷為留頂煤巷道，頂煤厚度10 m左右。

該工作面所采煤層為13#煤層，易自燃且煤塵有爆炸性。13313 進(jìn)風(fēng)巷走向長(zhǎng)1 620 m，已掘進(jìn)1 100 m左右，巷道地面標(biāo)高+1 050～+1 100 m，井下標(biāo)高+800～+840 m，平均埋深約250 m。13313進(jìn)風(fēng)巷平、剖面布置見圖1。

圖1 13313 進(jìn)風(fēng)巷平、剖面布置

2 局部異常礦壓顯現(xiàn)及原因分析

2.1 異常礦壓顯現(xiàn)

13313工作面進(jìn)風(fēng)巷走向總長(zhǎng)1 620 m，已累計(jì)掘進(jìn)1 100 m左右，由于13#煤與上方11#煤垂距17 m左右，最近處僅有9 m，且13313 進(jìn)風(fēng)巷正好處于上方11#煤工作面采后遺留煤柱邊緣。采用FLAC3D數(shù)值分析方法對(duì)煤柱作用下，13313 進(jìn)風(fēng)巷受力狀態(tài)進(jìn)行分析，建模過程及模型參數(shù)詳見文獻(xiàn)[1]，限于篇幅，本文不再贅述。受遺留煤柱下方高應(yīng)力區(qū)等影響，13313 進(jìn)風(fēng)巷在使用高預(yù)應(yīng)力錨桿（索）聯(lián)合支護(hù)后，局部仍出現(xiàn)異常礦壓顯現(xiàn)，見圖2，主要表現(xiàn)為底鼓、兩幫移近、W鋼帶彎折、錨索破斷等[2]。

圖2 煤柱載荷作用下區(qū)域垂直應(yīng)力分布（單位/MPa）

（1）13313 進(jìn)風(fēng)巷多處出現(xiàn)底鼓和兩幫移近現(xiàn)象，嚴(yán)重部位兩幫移近量在200 mm左右，底鼓量達(dá)到600 mm。

（2）630～650 m里程范圍多處頂板出現(xiàn)W鋼帶彎折現(xiàn)象，見圖3。

圖3 頂板W 鋼帶彎折

（3）900～930 m里程范圍多處頂板出現(xiàn)錨索斷裂現(xiàn)象，見圖4。

圖4 頂板錨索破斷

2.2 誘發(fā)原因分析

為探究導(dǎo)致上述異常礦壓顯現(xiàn)的原因，在重點(diǎn)部位開展頂板圍巖結(jié)構(gòu)鉆孔窺視并評(píng)估其穩(wěn)定性，同時(shí)分析巷道全斷面錨桿（索）受力特征，了解其工作狀態(tài)。

（1）頂板圍巖結(jié)構(gòu)鉆孔窺視

由圖5至圖8不難發(fā)現(xiàn)，頂板錨索錨固范圍內(nèi)煤層完整性較好，雖含有多層夾矸，但并未出現(xiàn)明顯離層現(xiàn)象，受11#煤遺留煤柱下方高應(yīng)力區(qū)及巷道掘進(jìn)影響13313 進(jìn)風(fēng)巷頂板仍能保持較好穩(wěn)定性。

圖5 852 m 里程處頂板圍巖結(jié)構(gòu)

（2）錨桿（索）受力

分析圖6中錨桿（索）受力曲線可知，頂板5.2 m錨索初始施加預(yù)緊力都在200 kN以上，達(dá)到了高預(yù)應(yīng)力的效果。由于巷道圍巖處于高應(yīng)力區(qū)，隨后5.2 m錨索受力明顯增加，最終大多能夠穩(wěn)定在一定數(shù)值，但此時(shí)錨索受力量值較大（平均達(dá)到400 kN），甚至個(gè)別錨索受力始終在增加且超過600 kN（超過錨索自身最大受力530 kN的極限值，錨索可能發(fā)生破斷）。頂板8.2 m錨索初始施加預(yù)緊力都在200 kN以上，達(dá)到了高預(yù)應(yīng)力的效果，由于巷道圍巖處于高應(yīng)力區(qū)，錨索受力始終在增加，目前錨索受力量值較大（平均達(dá)到400 kN，最大達(dá)到480 kN）。幫部錨桿初始施加預(yù)緊力都在50 kN以上，達(dá)到了高預(yù)應(yīng)力的效果，由于巷道圍巖處于高應(yīng)力區(qū)，553 m里程處測(cè)站錨桿受力在增加一定數(shù)值后基本能夠保持穩(wěn)定，目前受力穩(wěn)定在150 kN左右（接近錨桿桿體屈服載荷）。幫部錨索初始施加預(yù)緊力在100 kN左右，由于巷道圍巖處于高應(yīng)力區(qū)，錨索受力始終在增加，目前受力平均值在180 kN左右。

圖6 553 m 里程處測(cè)站錨桿（索）受力分析

（3）誘發(fā)異常礦壓顯現(xiàn)原因分析

①根本原因：13313 進(jìn)風(fēng)巷正好布置在11#煤回采后遺留煤柱下方邊緣處，正處于煤柱下方高應(yīng)力區(qū)，圍巖應(yīng)力非常高，巷道穩(wěn)定性難以控制[3-4]。

②異常礦壓顯現(xiàn)最嚴(yán)重部位900～930 m里程范圍為整個(gè)13313 工作面最低點(diǎn)，圍巖應(yīng)力在此處集中程度更高，同時(shí)11#煤采空區(qū)涌水更易向低點(diǎn)流動(dòng)，造成此處頂板淋水嚴(yán)重，影響頂板的穩(wěn)定性與錨固結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。

③幫部支護(hù)強(qiáng)度仍偏弱，造成兩幫移近與頂板水平錯(cuò)動(dòng)，進(jìn)而使頂板W鋼帶彎折、錨索發(fā)生剪切破斷。

④由于巷道圍巖處于高應(yīng)力區(qū)，頂板與兩幫在采取高預(yù)應(yīng)力強(qiáng)力錨桿（索）組合支護(hù)后，圍巖高應(yīng)力更易在相對(duì)薄弱的底板釋放，進(jìn)而引起巷道局部發(fā)生底鼓現(xiàn)象[5-6]。

3 初步控制技術(shù)措施及巷道布置建議

3.1 初步控制技術(shù)措施

（1）在頂板發(fā)生錨索破斷處重新補(bǔ)打1×19 結(jié)構(gòu)，直徑21.8 mm，長(zhǎng)度8 200 mm錨索。

（2）建議后續(xù)施工中將頂板原始使用1×7 結(jié)構(gòu)，直徑21.6 mm，長(zhǎng)度8 200 mm錨索全部更換為1×19 結(jié)構(gòu)，直徑21.8 mm，長(zhǎng)度8 200 mm錨索（最大力延伸率更高，抗剪切能力更強(qiáng)）并配合使用鋼筋梯梁。

（3）嚴(yán)格控制巷道施工與支護(hù)質(zhì)量，加強(qiáng)綜合礦壓監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集與分析工作 （圍巖表面位移、頂板離層及錨桿、錨索受力等），定期開展頂板圍巖結(jié)構(gòu)鉆孔窺視，密切關(guān)注圍巖變形破壞情況。

如巷道后續(xù)掘進(jìn)及服務(wù)回采過程中大范圍出現(xiàn)異常礦壓顯現(xiàn)，掘進(jìn)期間建議將頂板錨索全部更換為1×19 結(jié)構(gòu)，直徑21.8 mm錨索且長(zhǎng)度8 200 mm錨索配合使用鋼筋梯梁，幫部錨桿直徑變更為22 mm且左右兩幫都進(jìn)行錨索補(bǔ)強(qiáng)；工作面回采期間對(duì)頂板進(jìn)行卸壓（水力壓裂切頂卸壓），從根本上解決問題。

3.2 巷道布置建議

現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，處于煤柱邊緣正下方的左幫受上位煤層遺留區(qū)段煤柱影響較大，而相對(duì)遠(yuǎn)離煤柱的右?guī)褪苡绊戄^小，說明巷道右?guī)头€(wěn)定性優(yōu)于左幫。下一工作面回風(fēng)巷可考慮增加內(nèi)錯(cuò)距離，適當(dāng)向上位煤層11107 工作面采空區(qū)方向移動(dòng)，布置在遠(yuǎn)離上位煤柱影響區(qū)域。

4 結(jié)語

13313進(jìn)風(fēng)巷正好布置在11#煤遺留煤柱下方邊緣處，正處于煤柱下方高應(yīng)力區(qū)，巷道圍巖穩(wěn)定性難以控制。加之煤柱正上方為11#煤順槽最低點(diǎn)，造成此處頂板淋水嚴(yán)重，影響頂板的穩(wěn)定性與錨固結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，在二者共同作用下，出現(xiàn)巷道局部礦壓顯現(xiàn)劇烈情況。針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)巷道變形大，難控制的現(xiàn)狀，基于原因分析，提出采用全錨索支護(hù)頂板，錨索直徑21.8 mm，長(zhǎng)度8 200 mm；幫部錨桿直徑增加為22 mm，且左右兩幫都進(jìn)行錨索補(bǔ)強(qiáng)；工作面回采期間對(duì)頂板進(jìn)行卸壓（水力壓裂切頂卸壓）。