綜放面騎跨下位煤層大巷群不等強(qiáng)讓壓支護(hù)

魯喜輝，張 文，丁樹林，吳 銳

（1.中煤平朔集團(tuán)有限公司，山西 朔州0 360062；2.中國礦業(yè)大學(xué) 礦業(yè)工程學(xué)院，江蘇 徐州 221008）

平朔井東煤業(yè)有限公司是一座高產(chǎn)高效的現(xiàn)代化礦井，目前全部采用長壁式綜放開采方法。礦井4402 工作面是4煤的最后一個(gè)工作面，該面騎跨9煤3條大巷，此騎跨采既不同于一般的跨采，也不同一般的鄰近層的回采，而是騎跨采巷道走向與工作面推進(jìn)方向平行，對3條大巷的影響較大，造成3條大巷控制難度大大增加〔1-2〕。因此，對綜放面騎跨大巷群的加固技術(shù)進(jìn)行了研究。

1 采礦地質(zhì)條件概況

井東煤業(yè)主采4煤、9煤及11煤，其中4煤厚度10.37～12.40m，平均厚度11.4m，傾角0°～4°。4402工作面長度130m，輔運(yùn)順槽掘進(jìn)長度715 m，主運(yùn)順槽掘進(jìn)長度770m，工作面可采資源約1.2 Mt。

4402工作面底板距離9煤底板為40～50m，在4402工作面推進(jìn)方向的中部左右位置兩者間距最小，為40m，4402工作面推進(jìn)方向越靠近端頭兩者間距越大，達(dá)50m，9煤大巷間留設(shè)煤柱寬度為25m，4402工作面與9煤3條大巷位置關(guān)系見圖1。

圖1 4402工作面騎跨9煤大巷群位置關(guān)系平面

2 騎跨采動壓巷道不等強(qiáng)讓壓支護(hù)原理與手段

2.1 騎跨采動壓巷道不等強(qiáng)讓壓支護(hù)原理

由于巷道斷面不同，斷面周邊受力不同，造成圍巖應(yīng)力呈現(xiàn)非均勻分布狀態(tài)，這一點(diǎn)在巷道支護(hù)時(shí)，往往被忽略，在進(jìn)行巷道支護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)，加上施工的方便，往往采用等強(qiáng)支護(hù)，特別是在壓力比較小的地段，巷道變形比較小，圍巖穩(wěn)定性好的情況下，應(yīng)用較廣泛。

然而受強(qiáng)烈動壓影響的巷道中，應(yīng)用效果很不理想，其主要原因是動壓巷道的變形破壞往往是在應(yīng)力高變形大的部位首先發(fā)生破壞，造成整個(gè)支護(hù)系統(tǒng)失效。在應(yīng)力較高的區(qū)域，一味提高支護(hù)強(qiáng)度，是不科學(xué)的，也是不經(jīng)濟(jì)的，同時(shí)支護(hù)效果反而不理想，基于此提出了不等強(qiáng)讓壓支護(hù)技術(shù)，針對不同類型的巷道，采用不同技術(shù)措施。

所謂不等強(qiáng)讓壓支護(hù)，是以基本支護(hù)為基礎(chǔ)，針對需控部位進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，如果巷道圍巖應(yīng)力較高，需控部位需要先讓壓后抗壓的支護(hù)方法，實(shí)現(xiàn)讓抗協(xié)調(diào)、邊讓邊抗，變形大的部位采用高強(qiáng)錨桿（索）加強(qiáng)支護(hù)，特別破碎部位進(jìn)行注漿加固圍巖，改變圍巖結(jié)構(gòu)，提高圍巖強(qiáng)度，增大圍巖的可錨性，進(jìn)而形成了不等強(qiáng)讓壓支護(hù)技術(shù)體系。

2.2 需控部位讓壓支護(hù)手段

采用“高強(qiáng)高預(yù)應(yīng)力讓壓錨桿”和“鳥巢錨索”對應(yīng)力較高的需控部位進(jìn)行讓壓支護(hù)，以達(dá)到卸壓護(hù)巷的目的。

（1）高強(qiáng)高預(yù)應(yīng)力讓壓錨桿

高強(qiáng)高預(yù)應(yīng)力讓壓錨桿是一種新型錨桿，其高強(qiáng)度、高預(yù)應(yīng)力及讓壓功能能有效控制所騎跨的大巷群受上位工作面采動動壓影響下的變形，從而維護(hù)巷道圍巖的穩(wěn)定。高強(qiáng)高預(yù)應(yīng)力讓壓錨桿的構(gòu)造（見圖2），與普通的錨桿相比，高強(qiáng)高預(yù)應(yīng)力讓壓錨桿在錨桿托盤與螺母之間增加了讓壓管，當(dāng)錨桿由于采動支承壓力而產(chǎn)生較大的受力時(shí)，讓壓管能夠通過自身的讓壓變形使圍巖卸壓，從而降低了錨桿的載荷，并充分發(fā)揮了圍巖承載能力，有效地控制了巷道的大變形。

圖2 高強(qiáng)讓壓錨桿示意

（2）鳥巢錨索

鳥巢錨索的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是在鋼絞線中加工了鳥巢（見圖3），鳥巢具有以下作用：①鳥巢可以起到均勻攪拌樹脂的作用，從而增加錨索的拉拔力；②鳥巢錨索的鳥巢是中空的，樹脂攪拌過程中，樹脂可充滿鳥巢空間，增加了樹脂和錨索的整體性，從而加強(qiáng)了錨索的錨固性能。

圖3 鳥巢錨索結(jié)構(gòu)

3 騎跨采巷道圍巖控制技術(shù)

3.1 巷道需控區(qū)域的確定

受采動影響強(qiáng)烈需控巷道段是指：①9煤大巷處于斷層破碎帶影響范圍內(nèi)、巷道頂板完整性差且9 煤底板與4402工作面底板垂距較小的地段；②大巷與大巷聯(lián)絡(luò)巷交叉處、大巷與9煤工作面順槽交叉處等大斷面巷道地段。

圖4為沿著4402 工作面走向方向作剖面所形成的4402工作面與9煤底板等高線圖，從圖中可知，在4402工作面推進(jìn)方向的中部，受F21斷層的影響（見圖5），4402工作面底板與9煤底板的間距最小，為39.8m，其它區(qū)域兩者的間距都在42m 以上。因此，在4402工作面回采前應(yīng)對受F21影響的9煤大巷區(qū)域進(jìn)行加固。

圖4 4402工作面與9煤底板等高線

此外，9煤大巷的F29、F46、F27、F20斷層，受上位工作面采動影響后斷層破碎帶范圍將加大，巷道礦壓顯現(xiàn)更加強(qiáng)烈，導(dǎo)致9煤大巷圍巖破碎，圍巖變形量增大。

根據(jù)F29、F46、F27、F21、F20斷層所在位置，將受斷層影響采動強(qiáng)烈需控巷道段為3 個(gè)加固塊段，即A、B、C 加固段，加固范圍是以斷層破碎帶為中心，往前及往后加固10 m。大巷與大巷聯(lián)絡(luò)巷交叉處、大巷與9煤工作面順槽交叉處等大斷面巷道需控段（見圖5），已用小方框標(biāo)出，也將受到強(qiáng)烈的采動影響，需提前加固。

圖5 9煤大巷群加固區(qū)段示意

3.2 巷道需控區(qū)域的加固方案

回風(fēng)大巷、運(yùn)輸大巷、輔運(yùn)大巷內(nèi)受采動影響強(qiáng)烈需控巷道段采用注漿錨桿+讓壓錨桿+鳥巢錨索+鋼帶+金屬網(wǎng)+噴漿組合式動態(tài)加固的技術(shù)方案，支護(hù)參數(shù)見圖6。

圖6 大巷需控區(qū)域支護(hù)參數(shù)

4 騎跨采巷道加固效果分析

為檢驗(yàn)不等強(qiáng)讓壓支護(hù)技術(shù)在騎跨采需控巷道段加固中的效果，在4402綜放面回采期間對9煤大巷群進(jìn)行了礦壓觀測，經(jīng)過60天的表面位移觀測，得到了實(shí)測值，以回風(fēng)大巷為例，由監(jiān)測數(shù)據(jù)繪制的大巷監(jiān)測斷面的表面位移與監(jiān)測時(shí)間曲線圖，由圖7可得通過加固后，大巷圍巖變形較小，圍巖穩(wěn)定，支護(hù)效果好。

圖7 回風(fēng)大巷頂板下沉與觀測時(shí)間關(guān)系曲線

5 結(jié)語

安裝高強(qiáng)讓壓錨桿后，當(dāng)錨桿由于采動支承壓力而產(chǎn)生較大的受力時(shí)，讓壓管能夠通過自身的讓壓變形使圍巖卸壓，從而有效地控制了巷道的大變形。

在大巷需控區(qū)采用注漿錨桿+讓壓錨桿+鳥巢錨索+鋼帶+金屬網(wǎng)+噴漿的組合式動態(tài)方案加固后，大巷群圍巖變形小，圍巖穩(wěn)定，支護(hù)效果好。

〔1〕朱慶華.深部騎跨采巷道圍巖變形力學(xué)分析及穩(wěn)定性控制研究〔D〕.徐州：中國礦業(yè)大學(xué)，2010.

〔2〕謝文兵，史振凡，殷少舉.近距離跨采對巷道圍巖穩(wěn)定性影響分析〔J〕.巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2004，23（12）：1987-1991.