许疃煤矿-500水平南大巷支护方案的改进
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【摘要】对-500水平南大巷围岩稳定性影响分析。根据巷道围岩变形的特点提出了改进支护方案，并在此巷道进行了实践，取得了明显的效果。
【关键词】采动压影响；巷道变形；支护改进
1.工程概况
淮北矿业集团许疃煤矿-500水平南大巷作为一水平主要开拓巷道，担负着矿井南翼的运输、通风及排水任务，是矿井安全生产的咽喉通道。然而近年来受82采区7118、7123、7223、7225等工作面开采影响，位于82煤层底板的南大巷变形强烈，难以满足其使用断面要求。为保障矿井安全生产，不得不屡次投入大量人力物力对南大巷进行大面积扩修，但始终难以从根本上解决工作面采动影响下-500水平南大巷支护技术难题。
2.-500水平南大巷围岩稳定性影响分析
受82采区开采影响，-500水平南大巷围岩变形强烈，根据-500水平南大巷地质采矿条件，造成南大巷失稳、破坏的主要影响因素如下：
2.1巷道围岩岩体强度较低
南大巷围岩岩性以泥岩为主。该泥岩呈厚层状、泥质结构，节理发育，局部具有滑面，岩体自身强度较低。
2.2工作面采动影响
在82采区采掘工程设计中，-500水平南大巷周围布置有7118、7123、7223等工作面，为减小工作面开采对南大巷围岩稳定性的影响，在南大巷上方留有大量不规则形状的保护煤柱，其中南大巷与7123工作面机巷的最近水平距离仅30m左右。已有研究结果表明，工作面回采后在煤柱内形成的支承压力往往数倍于原岩应力，假设应力集中系数为2.0，则垂直应力峰值将达到27.54Mpa，若考虑到多层煤及相邻工作面开采形成的叠加效应，则煤柱内的集中应力水平还将进一步增高。
由于煤柱内积聚的叠加支承压力将向底板进行传递，南大巷上方留设的保护煤柱非但没有起到很好地保护作用，反而使得南大巷所处的应力水平显著增高。其次为满足采掘接替需求7225工作面在-500水平南大巷上方进行跨采。
2.3现有支护设计缺乏针对性
-500水平南大巷最初采用锚网喷支护，巷道扩修后改为U型钢棚支护，但仍难以控制巷道围岩的强烈变形。其存在的主要问题如下：
2.3.1支架与围岩相互作用关系较差
在南大巷扩修过程中，虽然在U型钢支架壁后背有钢筋网并充填有碎矸石，但现有施工工艺不可避免地在支架与围岩间存在大量不均匀空隙。由于棚式支架是一种典型的被动支护，在上述情形下极易导致支架初期不承载或偏载，这都不利于发挥U型钢支架的承载性能。工程实践中，支架受偏载因素影响，其实际承载能力仅为理论承载能力的1/5～1/10，甚至更低。在采动影响巷道中，巷道围岩变形极为强烈，如何改善支架与围岩相互作用关系，促使支架整体承载，在巷道围岩浅部形成具有较高承载能力的承载结构显得尤为重要。
2.3.2现有支护承载结构结构稳定性较差
针对采动影响巷道支护难题，现有支护技术大多注重提高支护体的强度和刚度而忽略支护形成的承载结构的结构稳定性，淮北矿区的大量工程实践表明，采动影响巷道的失稳、破坏，往往并非是所选支护体的强度、刚度不够所致，而是现有支护难以在巷道围岩浅部形成稳定、有效的承载结构，支护体的承载性能难以充分发挥。因此，单纯依靠提高支护体的强度和刚度，很难从根本上解决采动影响巷道所面临的问题。如何在合理加大支护强度的同时，大幅提高支护承载结构的结构稳定性及承载能力，对解决采动影响巷道支护难题至关重要。
2.3.3底板未采取支护措施
在采动影响巷道中，由于现有巷道底板未采取支护措施，在巷道顶帮支护后，巷道底板往往成为巷道变形、破坏的突破口。而且往往由于巷道底鼓量较大，不得不进行卧底，一方面由于卧底过程中人为对底板岩层进行扰动，使得巷道围岩松动圈发育范围进一步扩大；另一方面，反复卧底进一步降低了巷道支护承载结构基础的稳定性，促使巷道两帮内移，导致支护承载结构稳定性进一步降低。
3.1采用先锚后架36U型棚支护，棚子扎脚不小于10°
3.2喷浆、注浆
（1）顶帮注浆锚杆长度2.0m，注浆锚杆间排距为：1200×1500mm，起注高度0.5m。
（2）对巷道表面实施喷浆，喷层厚度控制在35mm±2mm。
（3）对围岩进行注浆，浆液为水泥浆，水灰比控制在0.6:1～0.7:1之间，为避免浆液堵塞注浆锚杆，应遵循自下而上的注浆顺序。注浆过程中需要控制的注浆参数主要有注浆压力、注浆量和注浆时间。
3.3帮拱部锚索布置
为提高支护承载结构的结构稳定性及其承载能力，针对现有棚式支架的薄弱部位，在巷道帮部及拱部合理位置采用小孔径预应力锚索进行结构补偿，具体参数如下：结构补偿锚索规格为Φ17.8×6500mm，帮脚锚索距底板施工高度300mm，除帮中结构补偿锚索排距1500mm外，其它锚索排距均为1000mm。具体支护参数见图1。要求每个锚索孔使用4支Z2350树脂锚固剂，锚索理论锚固长度接近2.26m，且锚索预紧力不低于70KN。此外，锚索托梁采用废旧U型钢或矿用工字钢加工，托梁长度870mm，中心钻Φ20mm圆孔。
图1 支护方案正视图
3.4底板锚网索布置
根据南大巷设计断面，考虑到水沟及底板稳定性，在水沟中央沿巷道轴向布置底板锚杆，底板锚杆规格为Φ22×3000mm，排距1.0m。在巷道底板则根据现有巷道底鼓特征，在中部布置2根Φ17.8×4000mm锚索，两侧布置2根Φ22×3000mm锚杆。要求每根锚杆孔使用2支Z2350树脂锚固剂，每根锚索孔使用3支Z2350树脂锚固剂，同时要求锚杆预紧力矩不低于300N.m，底板锚索预紧力不低于70KN。
4.结论
（1）通过对-500水平南大巷支护方案改进，修复后半年多巷道变形量大大减小。
（2）通过本次试验，进一步掌握了受采动压影响巷道顶板、地板运动规律，为复杂条件下实现合理支护提供可靠的依据。 [科]
【参考文献】
［１］陈炎光,陆士良.中国巷道围岩控制[M].徐州:中国矿业大学出版,1994.
［２］李希勇,孙庆国.深部巷道围岩工程控制理论及时支护实践[M].徐州:中国矿业大学出版,2001.