01-采动应力影响下巷道围岩变形破坏机理及注浆加固技术-煤矿开采2017年第6期

［摘 要］ 以晋城矿区成庄矿 5308 工作面双巷布置留巷为工程背景，基于现场实测数据，分析 了留巷巷道变形破坏特征和影响因素。采用 FLAC3D 数值模拟软件，分别研究了留巷巷道在掘进、临 近工作面回采、本工作面回采过程中的围岩应力场分布特征和变形破坏规律。在此基础上，提出了以 浅孔－深孔注浆加固和注浆锚索联合加固方案，并进行了工业性试验。研究结果表明： 留巷巷道受到 临近工作面和本工作面双重采动应力的影响后，矿压显现剧烈，巷道维护困难。采用注浆加固支护 后，水泥浆液充填了煤岩体节理、裂隙，同时也使破碎煤岩体成为了胶结体，改善了破碎煤岩体的力 学特性； 注浆锚索使围岩的承载能力显著增强，有效控制了围岩的不连续变形。
后采动应力的影响，而且还要受到下一个工作面超 前采动应力的影响，巷道要服务 2 个工作面，维护 时间长，维护非常困难。
针对采动应力影响下巷道围岩变形破坏规律， 国内外学者主要在煤柱变形破坏机理和围岩控制两 个方面进行了大量研究，提出了许多研究成果。在 煤柱 变 形 破 坏 机 理 和 煤 柱 留 设 宽 度 方 面： 王 永
变形动压巷道。
a 基于晋城成庄煤矿的生产和地质条件，采用数 期 c 值模拟的方法对留巷巷道的变形破坏特征进行研 a 究，根据巷道变形破坏规律，提出留巷巷道围岩加 炭 in 固方案，对方案进行井下试验，验证控制方案的可
行性。
国煤 .ch 1 留巷巷道变形破坏特征及影响因素分析 中 w 1. 1 采动应力下围岩变形破坏特征
工作面回采动压影响的留巷巷道，目前为本工作面
在 5306 工作面回采期间，对 53082 巷进行了
的回风巷。本工作面在回采时，53082 巷要保留下 矿压监测，监测结果表明： 5306 工作面回采期间，
来，从而形成工作面的 “Y” 型通风。53082 巷与 巷道受到工作面超前采动应力的影响后，围岩变形
道断面均为矩形，其中，53082 巷宽 4. 5m，巷高 严重区域达到 1000mm 以上。在 53082 巷的构造区
then unite reinforcement method with shallow-deep hole grouting and grouting cable were put forward，and industrial test were pro-
中 w ceed. The results showed that the retaining road was influenced by double mining-induced stresses of adjacent working face and self
围。
大量植物化石，岩芯完整，单轴抗压强度为 35. 9 ～
目前，留巷支护主要有两种方法，一是首先在 65. 8MPa，厚度 平 均 为 2. 89m。基 本 顶 为 中 粒 砂
巷道掘进过程中采用普通支护手段，比如锚杆、锚 岩，单轴抗压强度为 79. 9 ～ 91. 2MPa。直接底和老
索支护，然后在本工作面和邻近工作面回采时再进 底均为砂质泥岩，灰黑色，中厚层状，含植物化
岩性描述
1 砂质泥岩 458. 50 2 中粒砂岩 463. 30
12. 20 4. 80
灰黑色薄层状，上部含泥质较 多，下部含砂质较多。
浅灰色，以 石 英、长 石 为 主， 含泥质条带。
3 砂质泥岩 466. 19 4 3 号煤 472. 26 5 砂质泥岩 478. 09 6 泥岩 480. 99 7 砂质泥岩 494. 40
3. Coal Ｒesource High Efficient Mining ＆ Clean Utilization State Key Laboratory （ China Coal Ｒesearch Institute） ，Beijing 100013，China）
炭 a Abstract： It taking double roadways retaining of 5308 working face of Chengzhuang coal mine in Jincheng mine district as background， in based on field testing data，and then the deformation broken characters and influencing factors of retaining roadway were analyzed，the 煤 surrounding rock stress field distribution characters and deformation mechanism in different phases were studied by numerical simulation 国 .ch software FLAC3D，which roadway include roadway driving，adjacent working face mining and self working face mining. Based on it，
随着矿井采深的增加，煤层地质赋存条件越来 越复杂，煤层瓦斯含量逐渐增大，为了有效治理煤 层瓦斯，许 多 煤 矿 工 作 面 采 用 多 巷 布 置 方 式［1－ 2］。 这种布置方式的主要优点是不但解决了高瓦斯煤层 抽采接替问题，还缩短了工作面的布置时间，本工 作面的巷道可以为邻近工作面服务。但是这种布置 方式最大的问题是留巷不仅受到本工作面超前和滞
值计算和现场测试等手段，对深部大采高工作面的
煤柱尺寸进行了研究，确定了留巷巷道合理煤柱尺
来自百度文库
寸； 郑仰发、鞠文君等［6］采用空心包体三维应变
图 1 5308 工作面巷道平面布置示意
监测方法现场实测了不同煤柱宽度下围岩应力和变 质条带，分选磨圆一般，岩芯完整，厚度平均为
形动态变化情况，并确定了煤柱留设的合理尺寸范 4. 8m。直接顶为砂质泥岩，灰黑色，薄层状，含
第 22 卷 第 6 期 （ 总第 139 期） 2017 年 12 月
煤矿开采 COAL MINING TECHNOLOGY
Vol. 22No. 6 （ Series No. 139） December 2017
巷道支护理论与技术
采动应力影响下巷道围岩变形破坏 机理及注浆加固技术
付玉凯1，2，3
（ 1. 天地科技股份有限公司 开采设计事业部，北京 100013； 2. 煤炭科学研究总院 开采研究分院，北京 100013； 3. 煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室 （ 煤炭科学研究总院） ，北京 100013）
continuity deformation of surrounding rock was controlled effectively. Key words： mining-induced stress； surrounding rock deformation； grouting reinforcement； roadway retaining； numerical simulation
2017 年第 6 期
革［3］针对晋 城 矿 区 大 采 高 工 作 面， 研 究 了 其 在 回
采过程中对留巷围岩应力、围岩变形破坏的影响； 王德璋［4］采 用 现 场 测 试 的 方 法， 对 留 巷 巷 道 围 岩
变形破坏规律进行了研究，得出了煤柱的合理留设
宽度； 冯吉成、马念杰等人［5］采用理论分析、数
晋城成庄矿工作面巷道通常采用双巷布置方
w 式，5308 工作面巷道布置如图 1 所示。工作面长 w 度为 221m，工作面走向长度 2748. 1m。其中 53082
岩，总厚度平均为 5. 83m。3 号煤层岩性描述如表 1 所示。
表 1 5308 工作面顶底板岩性
序 岩层 号 名称
埋深 /m
层厚 /m
working face mining，mining pressure was fiercely，roadway maintain difficulty. Then grouting reinforcement supporting was applied，
w joints and fractures of coal and rock mass were filled by cement slurry，and broken coal and rock mass was formed glued body，the w mechanics characteristics were improved，the bearing capacity of surrounding rock was improved obviously with grouting cables，dis-
行补强； 二是采用一次性强力支护技术［7－8］，即在 石，含砂质较多，岩砂泥互层状，局部夹薄层细砂
巷道掘进时采用高强锚杆、高强锚索等支护材料一
t 次性对围岩进行控制，从而实现留巷巷道在整个服 网 e 务周期内不需要维修和补强，但一次性强力支护技 刊 j.n 术易造成锚杆、锚索破断、滑脱等失效，不适合大
53082 巷在掘进期间巷道变形量较小，两帮收 敛仅 20mm 左右，煤柱侧略大； 顶板下沉量几乎为
巷原为相邻 5306 综放工作面的 5216 副巷，与 5306 0。顶板锚杆受力位于 94 ～ 125kN 之间，约为锚杆
工作面采空区之间净煤柱为 35m，是已经受 5306 破断载荷的 40% ～ 50%。
（ U1261211）
［作者简介］ 付玉凯 （ 1985－） ，男，河南安阳人，博士，助理研究员，主要从事巷道矿压理论及支护技术方面的研究。
［引用格式］ 付玉凯 . 采动应力影响下巷道围岩变形破坏机理及注浆加固技术 ［J］． 煤矿开采，2017，22 （ 6） ： 34－39.
34
付玉凯： 采动应力影响下巷道围岩变形破坏机理及注浆加固技术
2. 89 6. 07 5. 83 2. 90 13. 42
灰黑色，薄层状，含大量植物 化石，岩芯完整，不坚硬。
黑色，条带状结构，似金属光泽。
灰黑色，含砂质较多，岩砂泥 互层状，局部夹薄层细砂岩。 灰黑色，薄 层 状，风 化 易 碎， 局部含钙质结构，见细小方解 石脉。 灰黑色，中厚层状，含植物化 石，风化易碎。
5211 巷 道 之 间 的 煤 柱 宽 度 为 35m，53082 巷 与 增加，但增加幅度不大。围岩增加比较显著的区域
53083 巷之间的煤柱也为 35m，53082 巷沿煤层顶 位于 5306 工作面后方 400m 范围内。两帮收敛量
板掘进，5211 和 53083 巷道沿煤层底板掘进，巷 为 350mm，顶板下沉量为 150mm，底鼓比较严重，
［收稿日期］ 2017－07－19
［DOI］ 10. 13532 / j. cnki. cn11－3677 / td. 2017. 06. 009
［基金项目］ 国 家 重 点 研 发 计 划 （ SQ2017YFSF060004 － 05） ； 国 家 科 技 支 撑 计 划 课 题 （ 2012BAB13B02） ； 国 家 自 然 科 学 基 金 资 助 项 目
［关键词］ 采动应力； 围岩变形； 注浆加固； 留巷； 数值模拟 ［中图分类号］ TD353. 8 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1006-6225 （ 2017） 06-0034-06
网 et Grouting Ｒeinforcement and Surrounding Ｒock Broken Mechanism 刊 j.n of Ｒoadway Subject to Mining-induced Stress
FU Yu-kai1，2，3
a （ 1. Coal Mining ＆ Designing Department，Tiandi Science ＆ Technology Co. ，Ltd. ，Beijing 100013，China； 期 c 2. Mining Institute，China Coal Ｒesearch Institute，Beijing 100013，China；