深部大断面煤巷支护失效分析及控制对策

深部大断面煤巷支护失效分析及控制对策

赵根文

（山西汾西矿业（集团）有限责任公司高阳煤矿，山西孝义032300）

摘要：为了更好的解决深部大断面煤巷的支护失效问题，应做好锚索耦合支护数值的模拟工作。本文以某煤矿的运输巷道为例，通过监测矿压发现，在强度、结构、刚度等方面，围岩与支护体存在耦合效果差，以致支护失效。对此，煤矿应及时采用锚索高强度的预紧力刚性支护技术与锚杆高强度预应力支护技术，在提升现场锚网支护质量的基础上，确保围岩保持在预计的变化范围内，从而真正确保稳定性。

关键词：深部大断面；煤巷支护；失效；控制对策

中图分类号：TD353文献标识码：A文章编号：1006—7981（2019）07—0057—02

受高渗透水压力以及高地温等因素的影响，煤矿巷道围岩具备明显的变形力学特征，稳定性较差，不能保障煤矿开采工作的顺利进行。近年来，在控制深部大断面围岩稳定性方面，相关企业采用了锚网索支护技术。但对于深部大断面煤巷而言，其强度较低，顶板煤层很容易出现冒落问题，即便锚固顶煤与煤帮，巷道依然存在较大的变形问题。且若支护期间至考虑锚杆的强度与密度，忽视了围岩的稳定性，则很容易导致片帮事故问题。本文以某煤矿运输巷道为例。分析了围岩变形的实际规律，针对深部大断面煤巷提出了完善的支护方案，确保了围岩稳定。

1工程概况

某煤矿运输巷道地面标高为48．3米，位于－660米水平，且为梯形断面，高度为3800mm，净断面的面积为17．85m2。粉砂岩为煤矿巷道直接顶的煤层组成部分，直接底组成部分为粉砂岩，基本顶为细砂岩，煤层的整体厚度为8．79米。工作期间采用掘锚循环模式，但掘进期间频繁出现断锚杆问题，严重影响了煤矿巷道的支护效果。为了确保煤矿开采工作的有效性，相关技术人员应及时监测现场矿压，掌握煤矿的掘进规律，完善巷道的支护效果。通过检查发现126根锚杆以及36根锚索出现拉断问题，且随着掘进工作的不断推进，锚杆被拉断的问题不断减少。同时，围岩变形速率呈现出阶梯式的增加模式，顶底板的最大移近量为160mm，两帮的最大移近量为146mm。

2深部大断面煤巷支护失效及对策

2．1支护失效分析

受岩体结构的影响，巷道围岩在刚度、强度以及结构方面的耦合效果较差，整体并未形成有效的载体结构，且锚索与锚杆并未发挥相互的协调作用。掘锚的循环作业模式无法及时释放围岩的开挖变形，且大部分变形作用于支护体，增大了围岩初期变形量，也加快了变化速度，降低了控制效果，出现支护失效问题。

2．2煤巷支护失效的原因分析

当前深部大断面煤巷支护失效主要由以下几个原因引起，一是巷道的地应力较大，且埋深较大。当前多数煤矿的埋深均较大，巷道沿着底板掘进，存在较大的集中应力，未开采区属于综放工作面的运输巷道，此区域在巷道掘进前并未充分释放区域的集中应力，在开掘巷道后，增大了冲击矿压的发生频率与强度，且在冲击波与碎账力联合影响下，煤矿巷道出现了严重的变形问题，以致锚杆支护失效。二是煤层的厚度较大，强度较低，底板巷道存在较大的隐形拱高度。在开掘巷道后，顶板出现冒顶问题，但最终会实现相对平衡，此种被成为巷道的自稳现象。且巷道支护主要指的是在巷道达到自稳状态后，维

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2019年第7期内蒙古石油化工

①收稿日期：2019－04－15

作者简介：赵根文（1987－）男，山西孝义人，2013年毕业于中国矿业大学，助理工程师，从事于煤矿支护工作。

护隐形拱内冒顶问题，保证期间不会出现片帮冒落问题。三是煤层的倾角较大，且厚度较大，水平方向存在较大的分力，以致拱形支架出现支护失效问题，从而导致拱形支架下沉，破坏了其自身的剪切力，且支架会出现向巷道上帮偏移的趋势。

2．3控制对策

一是采用及时支护方法，初期阶段不能采用刚性支护模式，应允许岩体出现位移变形，最大程度的发挥围岩自身的承载力。二是采用滞后支护方法，作为及时支护的稳定辅助措施，以有效控制围岩持续变形问题，确保围岩的稳定性。三是布置工字钢横梁，提高拱形支架的抗剪力，为了确保支架腿部的力量，施工人员应设计拱形支架，利用矿工钢制作的横梁安装至支架拱形与梁搭接口处，以有效控制拱形支架侧压导致的变形问题，且一般横梁下平面到巷道底板的高度为3米左右。四是采用巷道围岩喷浆封闭技术，以有效阻止围岩离层碎涨问题，延长巷道的使用寿命。在完成锚索支护施工后，一个月内，施工人员应及时利用灰砂比为1：2．5的水泥砂浆喷浆封闭巷道，且保证喷浆厚度不得小于6毫米，从而有效保证支护效果。

3确定锚索滞后支护距离

3．1建立模型及方案

模拟网格采用立方体单元，几何尺寸为50mˑ100mˑ45m，总共划分为277800个单元，且巷道附近应加密网格，下面设置垂直约束力，四周设置水平约束力。确保荷载的均匀分布。一是巷道应采用分布开挖模式，每掘进一个排距则应及时进行锚网支护；二是监测不同断面节点的实际位移，确定围岩的变形情况，即滞后距离；三是根据模拟方案确定锚索支护的滞后距离，针对性的采用耦合支护方案，以有效监测围岩节点的位移情况。

3．2分析模拟结果

一方面为锚网及时支护效果，巷道开挖后，三向应力围岩变为二向应力，水平应力转移至顶底板，垂直应力则转移至两帮，以致在距离巷道两帮3米左右的范围内形成集中应力，峰值为28MPa。在距离巷道顶底板3．5米范围内，水平应力形成集中应力，峰值为20MPa。相较未支护状态，两帮与顶底板的集中应力范围较小，巷道围岩需要具备较大的承载力。且随着巷道的不断掘进，围岩变形分为剧烈、平缓以及稳定阶段，根据方案确定锚索滞后支护距离为30米。另一方面为锚索滞后支护，期间巷道附近应力的分布状态开始改善，锚网支护条件下的应力集中范围变小。且随着巷道的不断掘进，围岩开始变形，稳定阶段出现在30米之后。

4深部大断面煤巷支护失效控制对策在现场的应用

4．1确定配套现场的支护参数

锚杆高强度预紧力柔性支护方法应被采用至技术支护方案中，而锚索高强度预紧力刚性支护方法则被采用至滞后支护方案中。期间顶板采用4800mm梯形钢带、7根型号为2400mmˑ22mm锚杆，间排距应确定为750mmx800mm；；锚索型号为22mmx8500mm，间排距确定为1500mmx1600mm。两帮设置5根锚杆，且锚杆间距设定为750 mmx800mm。除此之外，顶锚杆的预紧力不得小于90kN，锚索预紧力不得低于150kN。

4．2围岩控制效果

在进行锚索与锚杆支护后，提升了巷道的维护效果。第一次采用锚网索耦合支护技术后，顶板位移量占据总位移量的75%。第二次采用锚网索耦合支护技术后，顶板位移量占据总位移量的25%。由此看出，锚网索耦合支护可以有效防止支护失效问题，有效控制围岩的变形量，保证其稳定性。

5结束语

在强度、结构以及刚度方面，锚杆、锚索以及围岩的耦合效果较差，并未形成有效的承载体系，不能充分发挥围岩的承载力，以致打断面煤巷出现失效问题。对此，相关煤矿企业应针对失效机制制定完善的滞后锚网索耦合支护模式，增强锚杆的强度，实现刚性支护。本文以某煤矿大断面煤矿巷道为例，采用了上述支护方案，确定锚索滞后距离为30米，明确了锚索的二次耦合支护方案。分析现场的支护效果可知，锚网耦合支护可以避免锚杆支护失效问题，有效提升了支护质量，确保围岩变形量保持在预计范围内，充分保证了稳定性。

［参考文献］

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究［J］．土木工程学报，2015，（5）．

［2］魏世义．深井破碎顶板大断面开切眼支护参数优化研究［J］．煤炭科学技术，2013，（4）．

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