复杂条件下回采巷道围岩控制综合技术

复杂条件下回采巷道围岩控制综合技术

【摘要】回采巷道围岩控制技术的操作环境一般比较复杂，极松软煤层、深井高应力、破碎围岩等都会给回采巷道的控制与维护带来诸多困难。经实践研究，可采取层位优化技术、打卸压孔结合打设锁腿梁方法以及锚梁网索联合支护等技术来有效控制各种复杂条件下的回采巷道围岩控制，避免因支护系统不完善而产生反复的巷道修复和维护，给煤矿生产带来不必要的经济损失。

【关键词】复杂条件；层位优化；钻孔卸压；锚网索

1 前言

随着我国经济不断发展，对煤矿资源的需求也越来越供不应求，而煤矿开采环境随着采深的逐步增加也越来越复杂，煤矿开采事故的发生率也未得到有效降低，而大部分煤矿事故则是由于不同开采环境的支护设计缺乏合理的科学依据，导致矿压显现强烈、巷道变性破坏出现塌落。平时修复和维护工作不到位，缺乏科学合理依据的支护方式的选择也给煤矿生产增加了支护成本，未能充分利用支架复用率，支护结构带来的维护难题得不到很好的解决。

回采巷道围岩控制技术是动压巷道中应用的一种特殊的技术。理论上来说，回采巷道围岩控制技术是不能广泛应用的，而且国际上对这种技术并不具备一套完善的报道，缺乏必要的参考资料。但在实际的生产过程中，回采巷道围岩控制技术可有效减轻围岩与支护破损问题，为矿井正常生产提供可靠地技术保障。

2 应对7煤复杂条件采用的层位优化技术

2.1 7煤的复杂条件

7煤的组成形式比较复杂，其煤层一般包括砂泥岩互层、71煤、泥岩、72煤等不同岩性的层面，通常72煤、72煤中会含有夹矸和半煤岩。7煤复杂条件还表现为泥岩充满巷道底板，具有较差的岩性；其围岩高程度破碎性、工作面回采以及夹矸互层的问题会造成高应力现象。

2.2 层位优化技术

层位优化技术包含两种不同挖掘层位的方案。方案一：可以71煤底板作为巷道顶板，从72煤层底板开始挖进，巷道高度为3.2米，宽度为4.9米；方案二：以71煤顶板为巷道顶板挖进，巷道高度和宽度同方案一的设置相同。两种方案均可选择同种顶板锚杆和帮部锚杆做支护，锚杆间排距也可保持相同。

做理论研究时，可采用flac3d数值模拟过程来提供数值模拟结果，以比较两种方案哪一个更具有优势。通过研究数值模拟结果可发现：方案一中巷道变形情况特别是两帮最大移尽量都明显大于方案二，因此，方案二比方案一更具优势。

但在实际工作中，受诸多环境因素的影响，层位挖掘还需经工程实践来判定。另外，方案二虽然优于方案一，但其两帮移尽量仍然很大，在回采期间巷道的变形问题可能会受到因为侧向支撑压力的影响而加剧恶化，因此矿井技术人员需要采取其他相关措施来完善方案二，以有效解决巷道变形问题。

3 极松软煤层的锚杆锁腿梁技术

3.1 极松软煤层的特点

极松软煤层因其土层极其松软，巷道的挖掘过程中比较容易进行，但也正是因为这个特点导致其维护工作特别困难，一般的支护方式往往不能满足极松软煤层支护的需求，达不到良好的支护效果。

3.2 打卸压孔结合锚杆锁腿梁技术

3.2.1 钻孔卸压技术

巷道开始挖掘后，巷道两侧会由于巷道上方露出的岩层重量的偏移而形成应力集中区域，而应力集中区在挖掘工作中还会扩展，其具体数值容易受到挖掘周边环境的影响而改变。

巷道成形后，一般会在巷道两帮打卸压孔，这样可为变形留有一定的施展空间，并转移巷道周边的高应力到岩层内部，增宽应力降低区，以减少帮部变形，使巷道趋于稳定，以达到卸压的效果，可以做到合理改善层位优化技术的方案二的实施。卸压效果的好坏取决于卸压孔的长度、卸压孔距离以及卸压孔的直径，一般来讲，卸压孔的长度同支承压力向围岩内部转移的深度相同。

3.2.2 锚杆锁腿梁机理分析

u型钢拱形可缩性支架是国际上通用的用于支护技术的支架，其高承载力、可缩性、强护表的特点能够广泛应用在极破碎性巷道或遇到锚网支护出现变形后的支护工作中。但是目前的u型钢拱形可缩性支架的研究还不够完善，其承载性的利用还不够充分，不能在支护工作中作为“主力军”来抵抗侧帮变形，若工作环境极其复杂，

这个缺点就很容易导致架棚扭曲、折断，甚至更为严重的后果：倒棚，以致发生安全质量事故。

实际的工程实践中，工作人员总结出一条支护结构补偿原理。因此，可以根据支护结构的补偿原理来弥补u型钢拱形可缩性支架因承载性不够造成的失稳破坏问题。由原理可知，若要大幅提高支护结构总体上的承载能力，保持其结构的较强的稳定性，可在支护结构的某些位置根据需要施加相应大小的结构补偿力。结构补偿的技术核心是稳定装置的设计，稳定装置要根据围岩的特点以及需要进行“补偿”的u型棚当前的稳定性来设计，注意结构补偿位置的确定要谨慎，结构补偿能否起到稳定作用的关键就是机构补偿位置的确定。稳定装置有多种选择方式，通常会采用高刚度的钢筋网，有时也会用限位卡缆和锚杆锁腿梁，它们都可起到增强u型钢拱形可缩性支架的稳定性与抗侧压的能力，让u型钢拱形可缩性支架支护结构的承载性能更优越，有效减小两帮移尽量，改善巷道变形问题，提高巷道整体的稳定性。

打卸压孔结合锚杆锁腿梁技术可更加有效的控制巷道变形，提高支护结构的维护性能，以满足煤矿工程安全生产的需求。安全工作做得到位，就可有效减少平时的维护工作，从而降低工人的劳动强度和维护费用，提高劳动、工作效率，更能有效降低煤矿工程安全质量事故的发生，让工人脱离“矿难”的困扰，在很大程度上保证了高效、安全的煤矿工作。

4 深井高应力破碎围岩的控制技术

4.1 破碎围岩的危害

回采巷道周围的破碎、下沉甚至塌落的围岩导致煤层松软，即使在煤层比较浅的地方，其维护工作也相当困难，越往深处破碎围岩带来的维护难题越明显。因为本层巷道的围岩一般会受到双重支撑压力的作用，因其本身的易碎性更加容易导致围岩产生变形活动，会引发巷道的严重变形，直接对矿井的经济效益造成损害。

4.2 破碎围岩回采巷道围岩的控制

对于极破碎围岩的煤层巷道，其顶板支护可采用锚杆、钢带、铁托板、金属网、锚索、等器材，而两帮锚杆支护则可选择锚杆、钢筋梯梁、铁托板、金属网等器材，同时要严格加强对施工质量的管理，以保证运输巷围岩条件并解决施工过程中爆破产生的问题。在进行爆破时可采用“预留爆破”的爆破方法，爆破所用的炸药量不能太多，可通过“手稿成形”等人工手段完成挖掘任务，能在一定程度上保证煤矿施工质量。另外，在挖掘时要注意控制循环进度，尽量减少顶板和两帮的暴露时间和面积，爆破后要对巷道断面及时进行支护，防止巷道的顶板出现离层或脱落现象。挖掘时可根据经济条件适当安排两台锚杆机，以做到上文提到的卸压孔的打钻和安装锚杆同时进行，加固支护结构。铺网时严格要求金属网的质量，以对顶板和两帮产生理想的径向约束作用。一般支护工作完成后还要对煤帮按照先上后下的顺序对两帮进行刷帮，注意要预留煤帮，预留的煤帮一般与掘进迎头相差3排左右的锚杆，而锚索则滞后于锚杆3米左右。