迎采掘进动压巷道围岩控制技术研究

摘要：近年来，我国对煤矿资源的需求不断增加，巷道开采越来越多。为解决复用巷道围岩失稳、支护失效问题，决定采用预注浆加固与锚索补强联合支护方式对巷道围岩进行加固。本文就迎采掘进动压巷道围岩控制技术研究，以供参考。

关键词：迎采掘进；围岩控制；研究

引言

巷道是井下煤炭运输、行人、通风等的主要通道，维护巷道围岩稳定是煤炭安全高效回采的前提，特别是随着采掘深度不断增加以及采面开采范围不断增大，巷道受采动压力影响更趋明显，导致巷道围岩控制难度有所增大。深部区域动压影响巷道围岩变形量较大且受采动压力影响明显，严重时甚至出现顶板冒落、支护体系失效等问题，为此众多的学者对深部开采动压巷道围岩控制工作开展研究。

1迎采掘进巷道变形分析

工作面回采过程中，邻近工作面巷道迎采动面顶压掘进，巷道在掘进期间便开始不间断整修，受工作面采动超前应力、掘进动压等因素影响，新掘进巷道在动压叠加扰动区发生大变形。常规支护不能满足其维护需求，巷道掘进期间便需进行多次扩刷整修工作。由现场情况、工程地质资料可知，迎采动掘进具有采-掘叠加高应力扰动等维护难点，这些因素均不同程度诱发围岩大变形失稳破坏并最终增加了巷道维护难度。分析巷道大变形主要原因如下：迎采掘进作业与邻近工作面回采作业同时进行，且掘进面与回采面相对而行，二者间隔距离在相汇前不断缩小。因此，当掘进面进入邻近工作面超前扰动区域后，掘进面顶压掘进，掘进面所受工作面超前采动应力随间隔距离缩小逐渐增大，加之掘进面受自身掘进扰动影响，形成了多重动压扰动影响区。而在初始巷道支护设计方案中未考虑该影响区内多重动压扰动下巷道围岩破坏加剧，原有的“顶板锚杆索-帮部锚杆”方案在多重动压影响区内,未能充分发挥围岩的自承载能力,难以满足支护需求。

2迎采掘进动压巷道围岩控制技术

2.1支护方案设计

巷道原有支护强度不足以满足要求，在动压影响时，巷道发生变形较大，两帮非对称向内变形，出现底鼓及顶板下沉现象。针对原有支护预应力不足，无法有效控制围岩变形的问题，提出巷道补强技术方案。

2.2动压影响巷道围岩控制技术

若能阻断采动压力向轨道大巷的应力传递路径即可有效改善巷道围岩受力环境，同时对轨道大巷进行补强加固，进而实现动压影响巷道围岩变形有效控制。基于此，文中提出采用切顶卸压及恒阻锚索补强为基础的动压巷道围岩支护技术，具体围岩控制流程。具体围岩控制流程包括以下3个方面：在运输巷超前采面一定距离进行深孔切顶爆破，使得运输巷靠近煤柱帮顶板形成一定深度的切顶缝；在轨道大巷内使用恒阻锚索进行补强加固，提高轨道大巷顶板支护强度及抗变形能力；在回采期间对轨道大巷围岩变形情况持续跟踪，并结合现场围岩控制效果调整切顶及恒阻锚索补强支护参数。

2.3巷帮注浆方案

整个注浆系统主要由高速制浆机、定量水箱、盛浆桶、液压注浆泵及注浆管路构成。高速制浆机每分钟可完成300L浆液制备，与普通叶片搅拌机相比，具有制浆迅速，搅拌均匀等优势。定量水箱采用气控方式实现井下定量供水，实现搅拌与供水平行作业，同时有效保障浆液质量。该新型注浆系统具有系统操作简便、制浆迅速、劳动强度低、注浆效率高等优点。

2.4支护参数确定

根据迎采掘进巷道围岩应力状态的数值模拟分析，迎采掘进时巷道两帮处于一种非对称承载的状态,实体煤侧与煤柱侧受力情况不相同,巷道两帮应力集中程度存在明显差异,煤柱帮大于实体煤帮。首先应针对关键区域进行相应的非对称围岩控制，其次在动压叠加扰动区(70m范围)应提高支护强度,增加围岩的抗变形能力。

2.5动压影响下巷道围岩应力、塑性区分布及位移变化特征

随着工作面的回采，围岩应力会发生重新分布，产生超前的支承应力。这种应力会沿着岩层逐渐传递到巷道，对巷道的围岩应力产生影响。通过以上分析，可知巷道失稳主要有几个方面：（1）复杂的应力环境。在动压的影响下，巷道所承受的力学环境较为复杂，导致巷道变形表现在时间为持续性，体现在破坏程度上为严重性。巷道的埋深较大并且处于高应力环境中。受动压影响，坚硬顶板周期破断造成大结构运动，释放了大量的弯曲弹性能，造成了剧烈的动荷载，形成应力集中区并向着工作面前方和下方传递，在巷道的实体煤帮上方和中部形成超高应力场。此外，巷道同时受到采掘扰动、相邻回采工作面掘进影响，所处的应力场是由多种复杂应力场相互叠加而形成的复合应力场。（2）巷道围岩强度低。在动压影响下，巷道围岩所处的应力环境经历了较为复杂的变化，每一次岩体应力的变化都会带来岩体强度的不断弱化。受应力集中的影响，围岩体裂隙发育充分，结构弱面不断产生，形成松散破碎区，最终导致岩体破坏程度加深。根据数值模拟结果来看，在巷道实体煤帮部分应力最大值为48.08MPa，达到了原岩应力的3倍。在围岩塑性区的发展过程中，两帮呈现出了不对称的发育特征。此外，巷道底板由泥岩构成，其岩性相对松软。受动压影响，巷道底板成为能量释放的中心地带，也成为巷道围岩变形的“重灾区”。（3）巷道支护强度不足。对于巷道围岩稳定性而言，不同的支护方式和支护参数无疑是最为关键的影响因素。一个科学合理的支护方案可以有效控制围岩的变形，使支护效果得以充分发挥。一旦支护方案选择不当，极有可能导致围岩的过度变形，主要原因是锚杆（索）支护强度不足和金属网强度不足。

2.6现场监测

为了解支护效果，精确掌握围岩变形情况,监测围岩表面位移以及锚索受力状况,并对结果进行分前30d是巷道围岩变形的加速阶段,此阶段内巷道顶板及两帮移近量迅速增加。支护30d后，巷道围岩变形速率逐渐减缓,但变形量仍呈增长趋势,围岩变形速度出现减缓趋势;当支护60d后,巷道围岩变形量趋于稳定,为巷道围岩变形的稳定阶段,此时顶板下降了197mm,煤柱帮向内移近了349mm,实体煤帮向内移近了177mm,相较原支护方案下两帮约1m,顶底板超过1m的围岩大变形,该方案取得了良好的支护效果。锚索受力趋势与巷道表面位移变化趋势相似，呈先陡后缓的趋势,但60d后,锚杆(索)受力仍有一定数量的上升,也说明围岩有一定的蠕变现象。根据以上数据得出，巷道整体变形量不大,取到了较好的支护效果,有效地控制了巷道表面位移量,变形在安全范围之内,达到了支护要求,符合相关规定。

2.7动压巷道控制效果分析

围岩变形量整体较小，轨道大巷围岩变形量主要发生在工作面后方，虽然进行切顶卸压，但是回采后采空区顶板垮落、弯曲及下沉等仍会对轨道大巷产生一定影响，通过护巷煤柱以及恒阻锚索补强等保护后，采动对轨道大巷影响整体较小。围岩变形监测结果表明，现场采用切顶及恒阻锚索支护参数较为合理，切顶卸压护巷技术可实现动压影响巷道围岩变形有效控制。

结束语

减少采动压力对采区轨道大巷围岩应力影响是实现采区轨道大巷围岩控制的关键所在。同时在轨道大巷顶板、巷帮通过恒阻锚索给围岩足够的支护强度，减少围岩变形量。运输巷内切顶卸压钻孔布置参数以及采区轨道大巷恒阻锚索补强支护方案进行设计，并进行工程应用。

参考文献

[1]胡瑞涛.巷道围岩变形破坏机理与治理技术探讨[J].江西煤炭科技，2022（2）：40-42.

[2]韩涛.“三软”动压巷道二次塑巷与围岩控制研究[J].江西煤炭科技，2023（2）：188-190.

[3]许兴亮，田素川，孟毅，等.动压软岩巷道围岩破坏机理及强化技术研究[J].煤炭工程，2023（9）：39-41.