松軟破碎頂板回采巷道支護技術優化

劉鵬亮

【摘 要】 文章針對屯蘭礦23011工作面松軟破碎頂板巷道圍巖變形大、現支護方式控制較差的現狀，基于工作面頂板巖層的賦存條件及現支護方案，采用FLAC3D數值軟件確定了“錨桿索+鋼筋網”聯合支護技術及其支護參數?，F場監測結果表明：采用該聯合支護技術后，巷道頂板變形最大值為35mm，實現了對松軟破碎頂板變形的有效控制，保證了礦井的安全高效生產。

【關鍵詞】 破碎頂板;變形大;聯合支護;現場監測

【中圖分類號】 TD353 【文獻標識碼】 A 【文章編號】 2096-4102（2022）01-0007-02

軟弱頂板巷道作為一種普遍存在的巷道頂板形式，因其頂板巖層結構復雜，受采掘擾動影響后極易發生離層和垮落，不僅增加了巷道支護難度，還極易引發巷道大變形而影響工作面安全生產。如何有效控制軟弱復合頂板巷道圍巖變形成為礦山科技工作者和研究人員關注的焦點問題。對此，崔希鵬等對煤巷復合頂板變形破壞機理進行了深入探究，提出了“梁—拱結構支護技術”，并驗證了該支護技術的可行性。宋沛鑫對動壓影響下軟弱泥巖頂底板巷道支護技術進行了研究，提出了采用錨網索+注漿+錨注+噴漿的支護方式控制巷道圍巖變形的新技術，并驗證了其可行性。許文靜分析了礦山壓力的顯現規律，同時總結了巷道動壓下巷道圍巖支護的方法。

本文根據屯蘭礦23011工作面軟弱復合頂板的工程特點，提出了回采巷道優化支護方案，并進行了現場試驗，以期為類似工程地質條件巷道圍巖控制提供技術參考。

1工程概況

屯蘭礦23011綜采工作面2號煤均厚為4.65m，傾角4°～15°，煤體普氏系數f約為1.2?；卷敒榧毩Ｉ皫r，厚度4.50～7.07m，平均5.78m，灰白石，厚層狀、塊狀構造;直接頂為泥巖，層厚1.50～2.50m，平均2m，灰黑色，厚層狀;直接底為泥巖，厚度約2.76m，灰黑色，薄-厚層狀，含不完整植物化石，含云母碎片;基本底為砂質泥巖，厚度約2.95m，灰色，薄-厚層狀，含黃鐵結核，小型交錯層理發育。該工作面的軌道巷埋深約385m，最大水平應力約為20MPa，最大垂直應力約為9.6MPa，使得該巷道的頂底板的穩定性較差。

2巷道原支護方案

2.1巷道原支護方案

23011工作面軌道巷原支護方案采用頂部每排布置6根間排距為800mm×900mm的Φ20mm×2000mm螺紋鋼錨桿，錨桿托盤采用200mm×200mm×50mm的木托盤;同時使用4400mm×280mm×3mm的鋼帶和5000mm×1000mm的10#鋼筋網。幫部采用排距為800mm×900mmΦ20mm×2000mm螺紋鋼錨桿。兩幫處的10#鋼筋網間距采用4000mm×1000mm。巷道頂部采用間排距2000mm×900mm，Φ21.6mm×9000mm的錨索，鋼梁采用14#槽鋼。

2.2原支護問題分析

23011綜采工作面軌道巷巷道頂板主要為砂巖和泥巖，頂板巖層較軟，且因泥巖和砂巖巖層性質存在差異，受巷道掘進擾動影響后極易發生較大離層，進而導致巷道頂板發生冒頂和垮落。通過對23011工作面軌道巷變形特征及支護參數分析，發現巷道變形較大的主要原因為原支護僅采用錨索支護頂板，采用錨桿支護巷幫，支護強度較弱而不能對巷道圍巖形成有效控制。因此，在原支護方案的基礎上進行支護方案優化設計以有效控制巷道圍巖變形勢在必行。

2.3支護方案優化設計

23011綜采工作面軌道巷巷道頂板采用Φ22mm×2500mm的錨桿，其間排距為880mm×800mm，鋼筋網采用2550mm×1050mm的10#鍍鋅鋼筋，兩幫錨桿每根使用1卷CKΦ23mm×500mm型樹脂錨固劑，采用規格為150mm×150mm×10mm的正方形碗狀鋼托盤。頂板采用Φ21.8mm×7300mm的錨索，間排距為1200mm×800mm，布置在兩排錨桿中間，鋼托盤規格為300mm×300mm×12mm。

兩幫采用間排距800×800mm的短錨索，規格為Φ21.8mm×3000mm，并在巷道的幫角下扎20°打設規格Φ22mm×2500mm錨桿。

同時當巷道變形趨于穩定之后，在巷道的兩幫布設4根等間距長2.0m的注漿錨桿，使用硫鋁酸鹽水泥進行注漿，對較大裂隙進行封閉而且進一步對淺部破碎圍巖進行加固，巷道優化支護方案如圖1所示。

3數值模擬

3.1數值模型建立

基于23011綜采工作面軌道巷實際地質條件，采用FLAC3D數值模擬軟件，建立尺寸為45m×25m×20m（長×寬×高）的三維數值計算模型（如圖2所示），分別模擬研究了原支護和優化支護兩種方案下巷道圍巖變形特征。模型邊界條件為：模型四周固定水平方向位移，模型底面固定豎直方向位移，模型頂面施加7.68MPa的均布載荷等效上覆巖層重力。

3.2數值結果分析

巷道圍巖變形量曲線圖如圖3所示。

可以看出，在距離工作面的0～25m范圍，原支護方案與優化支護方案下，隨距工作面距離的增大頂板下沉量逐漸增大，但在25m以后，頂板下沉量趨于穩定，不再發生明顯變化，二者的變化趨勢大體相同，但采用優化支護方案后巷道穩定后頂板最大變形量約為49mm，較原支護方案下減小了25.3%，巷道圍巖變形控制效果更為顯著。

4現場應用監測

采用優化支護方案后，在巷道內安設一組表面位移測站，采用“十字測點法”對巷道表面位移進行觀測，根據所測數據的平均值繪制巷道頂板變形量如圖4所示。

從圖中可以看出，巷道頂板下沉量最大值約為35mm，巷道兩幫的最大變形量約380mm，監測數據表明采用優化支護方案后對巷道頂板變形控制效果較好。

5結論

文章以屯蘭礦23011綜采工作面軌道巷為研究對象，對軟弱復合頂板巷道圍巖變形控制技術進行探究，主要得到如下結論：

針對屯蘭礦的實際工程地質情況，并結合原支護方案提出了優化支護新技術，采用FLAC3D數值模擬軟件模擬研究了原支護和優化支護兩種方案下巷道圍巖變形特征，并確定了新支護方案的可行性。

通過現場監測結果顯示，采用優化支護方案后，巷道頂板最大變形量為35mm，實現了對松軟破碎圍巖的有效控制，驗證了新支護技術的合理性。

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