超化煤矿巷道围岩变形特征及稳定性控制措施分析

超化煤矿巷道围岩变形特征及稳定性控制措施分析

省强

郑煤集团超化煤矿， 河南新密452385

摘要：本文以超化煤矿22底板轨道下山下段（原中央行人下山）巷道出现的变形破坏问题作为分析对象，对巷道出现的变形破坏原因进行了探究，结合巷道地质条件实际，针对性提出了“锚网喷+底板锚杆+预留变形量+全断面封闭格栅拱形支架”复合型支护方案，从巷道返修情况来看，返修支护方案整体实现了对巷道围岩的稳定性控制，对类似巷道支护有一定的借鉴意义。

关键词：煤矿巷道；围岩变形；特征；稳定性；控制；分析

1、工程概况

超化煤矿22底板轨道下山下段巷道埋深在660m左右，从地质勘察来看，巷道所在层位主要是粉砂岩，其中包含有较多的裂隙，也含有一定的钙质结核和黄铁矿，包含一层厚度在0.2m左右的泥岩，非常容易出现破碎问题。根据现场勘测情况来看，最大的水平主应力为水平应力，大小接近29MPa，与巷道呈现出69°的夹角，巷道整体承受着相对较高的地应力影响，虽然巷道围岩的强度相对较大，但是在巷道掘进后，整体表现出较强的变形破坏问题。从巷道原支护设计来看，巷道设计采用的是锚网索支护。

2、22底板轨道下山下段巷道变形破坏特点

通过对22底板轨道下山下段巷道的现场观测来看，巷道主要的变形破坏特点主要表现在三个方面：首先，巷道在全断面出现了变形破坏问题，巷道两帮内挤明显、底鼓突出、拱顶下沉量较大。其次，巷道围岩不仅变形量较大，同时，变形速度相对较快，且出现了变形持续时间偏长的问题。从现场测量来看，很多巷道在掘进后的2d内，变形速度少则达到了12mm/d，多则可以得到110mm/d。从变形时间来看，巷道变形持续时间达到了8个月，部分地段甚至超过了15个月。从变形量来看，围岩变形量通常情况再280mm-1000mm之间，部分地段甚至出现了更大的变形。第三，巷道在变形破坏的过程中，很多支护结构也有着明显的破坏问题，巷道表面的浆体开裂较多，同时，很多地段的锚索、锚索也出现了较多的破断。虽然技术人员进行了多次修复，围岩的稳定性相对于先前有了提升，但是整体仍旧不能保证较长时间的稳定。

3、巷道变形破坏机理分析

首先，为了全面掌握巷道围岩内部结构，本次对巷道围岩结构进行了窥视。技术人员通过在巷道两帮、顶板10m范围内设置了钻孔窥视孔，钻孔窥视孔设置直径为64mm，深度设置为10m。

从本次钻孔窥视来看，在巷道表层0.5m的范围内，巷道围岩整体出现了严重破碎问题，在超过5m以外，巷道围岩整体完整性相对较好。同时，在2.7m到3m的范围内，巷道围岩整体较为破碎。此外，在巷道的右帮位置，表面到0.9m的范围内，围岩整体出现了完全破碎问题，在1.5m到2.5m的范围内，出现了较多的裂隙发育问题。从钻孔的窥视结果来看，巷道整体出现了相对较为严重的破碎问题，也有分区破碎现象的发生。

其次，巷道围岩强度偏低。技术人员对巷道围岩的物理力学参数进行了全面的测定，测定情况可看出，粉砂岩的抗压强度为34MPa，泥岩的抗压强度为29.6MPa，围岩整体的强度不高，稳定性相对较差。

4、巷道返修支护方案

4.1巷道返修支护思路

综合考虑巷道出现的变形破坏特点，结合巷道围岩变形破坏机理，本次在返修时，提出了前期对巷道进行柔性“加固”，中期对巷道进行高应力“卸载”，后期对巷道进行高强度“支护”的耦合支护方案。具体是：在巷道支护初期，选择使用锚杆、锚索、金属网等形成锚网喷主动支护结构，实现对巷道围岩力学性能的完善提升，最大限度的增强围岩支护的完整性，将围岩自我承载效果充分发挥出来。在对巷道进行锚网喷支护时，给巷道变形预留出一定的变形量，让围岩在一定范围内有可控的变形空间，推动围岩高应力逐步向深部转移，实现巷道支护让压，严防出现高应力导致的巷道围岩支护结构出现失稳的问题。最后，全面综合考虑巷道出现的变形特点，在高应力“释放”到一定程度后，再进行巷道高强度混凝土壳体结构支护，为巷道围岩提供出相对较高的阻力，实现对巷道围岩变形的针对性“抗”，通过“稳、卸、抗”的支护思路，推动巷道实现全面稳定支护。

4.2巷道返修支护具体方案

根据上述返修支护思路，在本次返修时，设计采用了“锚网喷+底板锚杆+预留变形量+全断面封闭格栅拱形支架”复合型支护方案。

锚网喷支护具体参数：本次锚杆支护选择使用φ22mm，长度为2.5的锚杆，间距和排距均为0.7m，钢筋网选择使用φ6mm的经纬网，然后使用混凝土进行喷层，混凝土选择使用C20强度的混凝土。在对底板进行支护时，选择使用锚杆进行强化支护，锚杆参数选择使用φ22mm，长度为2m的锚杆，间距设计为1m，排距设计为0.7m。为了强化对顶板和两帮的支护，在巷道顶板进行锚索支护，参数为：φ18.9mm×8.3m，两帮锚索支护参数为：φ18.9mm×4.3m，间距和排距均设计为1.4m。为了逐步合理释放围岩压力，在本次锚索支护时，对锚索进行了低预应力加固，本次控制在15kN左右，更好提升锚索支护效果。

钢筋混凝土壳体支护参数：本次设计的格栅拱架净断面宽度为0.2m，高度为0.35m，对于纵向配筋选择使用φ22mm的螺纹钢，数量为6根；对于箍筋选择使用φ12mm的圆钢，间距设计为0.2m。对于格栅的排距，本次设计为0.7m，在支架立好后，将钢筋网全部铺设到位，选择使用钢丝进行绑扎，间距设计为0.2m。在完成立模后，选择使用长距离泵送的方式，将混凝土泵送到其中，本次浇筑混凝土的厚度设计为0.4m，强度设计为C50。对于巷道底板设计为圆弧形，矢跨比例设计为1：9，矢高设计为0.6m，厚度控制在0.5m。

4.3工程应用监测

在对巷道进行支护后，为了对巷道支护效果进行分析，在工作面推进的过程中，对巷道整体的变形情况进行了全面的监测，监测结果可看出，在整个监测范围内，巷道变形量逐步稳定。从监测情况来看，支护方案实现了对巷道顶板稳定性的有效控制。巷道两帮最大的变形量在350mm以内，顶板和底板的最大移近量在430mm范围内，这表面巷道全断面的变形量军在可控的范围内，满足了巷道稳定性的要求。

5、结束语

综上分析，导致巷道出现大变形破坏的原因主要是巷道埋深相对较大、巷道围岩的性质影响较大、巷道原支护方式不够科学合理等因素，这直接表明，深部巷道稳定性影响因素相对于浅部巷道已经出现了较大的变化，各种因素相互交织的问题已经非常明显。因此，在深部巷道支护过程中，需要综合考虑各类因素，尽量设计采用复合型支护方案。

参考文献

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作者简介：省强，男，汉，籍贯：河南.兰考，大专，毕业于郑州工业安全职业学院，现就职于郑煤集团超化煤矿生产技术科，主管技术员、助理工程师。