刘 洋，王志浩

（河南能源焦煤公司宝雨山煤矿，河南 洛阳 471300）

引言

在矿下进行挖掘工作时，因为受矿井下施工环境的影响，施工巷道内和对煤炭开采的地方会产生开采工作面土质或煤质过硬，不易开采；要么就是开采工作面和巷道周围土质或煤质松软，虽易开采但更容易造成安全事故；要么就是有的地方松软，有的材质比较硬，导致在煤炭开采过程中难度较大，极大的影响了工作效率。尤其是矿井下特殊的三软煤层围岩环境，在该矿下施工环境中，巷道周围由于岩土的很多不确定性因素以及现场情况各方面原因，导致巷道内问题频发，比如周围岩石因为其自身流变性等性质产生松动脱落，巷道由于受力不均匀导致变形严重等。所以本文中将针对该巷道围岩情况进行分析并提出支护结构优化方案。

有以上提出的针对三软巷道围岩的问题，这里我们具体针对巷道顶板、底板及巷道两侧的严重变形问题进行仔细分析、认真研究。首先对矿井下巷道内周围的受力情况进行分析，计算出哪个地方应力比较集中，容易导致巷道周围围岩发生变形，其次对该处围岩变形机理进行深入研究，并同时改进优化巷道周边围岩的支护结构，保证开采工作的正常进行。

1 工程概况

1.1 “三软”煤层工作面概况

经过对该矿井下巷道围岩现场情况的详细调查，本文中研究煤炭开采面煤层厚度大概为3 m，该开采面距离地面的深度大约是350 m，该开采通道的总长度大约是1 200 m，整个开采工作面顷斜的长度大约是150 m，其倾斜角经测量后大约为0°～11°。该矿井下煤炭开采面煤层结构没有那么复杂，开采工作面的煤层在具体施工过程中整体比较稳定。

该矿井下煤炭开采面通道中巷道周围结构的具体数据见表1，详细描述了该煤炭开采工作面的直接底、开采煤层结构等数据。由对该巷道内煤炭开采工作面测得的数据得知，该开采工作面为三软煤层结构。

表1 煤层情况表

1.2 巷道围岩支护及变形情况

经过对该矿井下巷道内煤炭开采工作面的基本结构进行检测，对以上数据的详细分析，未优化改进之前的工作面防护措施为锚网索联合支护。用可承受应力载荷比较大的锚杆对煤炭开采工作面顶部进行支护，同时辅助以韧性强的金属网进行辅助支护，该开采工作面的两侧也均使用同顶部支护一样材质的高强预应力锚杆。为使该工作面顶部支护万无一失，在原有的支护基础上，再加上2根高强预应力的锚索。

通过相关技术和检测操作对该矿下煤炭开采工作面变形数据进行监测，由监测数据我们发现煤炭开采工作面变形比较厉害，尤其是巷道底部，工作面顶板及两侧也发生了非常严重的变形，在巷道内正常运行过程中，经常对其检修维护。

2 三软煤层巷道围岩应力分布及特征变形分析

2.1 侧向应力分布形态

该三软巷道围岩结构由于矿下施工环境的特殊复杂性，其不同部位所受应力有很大区别。该巷道围岩的应力分析图如图1所示。

图1 三软煤层巷道围岩应力分布曲线

由以上所述，本文所研究的矿下巷道围岩结构为软顶板、软底板、软煤层的三软煤层巷道围岩，由以上应力分析图我们可以得出，由于矿下复杂的施工环境等不确定因素，导致巷道内两侧应力比较集中，同时造成巷道内顶板和地板也会受到不同程度的应力。因为巷道内工作面的顶板和底板的材质为泥岩，所以当两者在受到不同程度的应力时，由于其泥岩材质的原因可减少一部分应力。

由以上应力分布图中，我们通过比较曲线1和曲线2得出，软直接顶在矿井下巷道内对受到的应力进行分散时，软直接顶的受到的应力最大值在向煤层中心偏移，偏移量为；同时应力峰值也会受到影响，造成其承受负载能力减弱；侧向支承应力也造成很大影响，该影响增大量为。

2.2 巷道围岩变形原因分析

通过对巷道内煤炭开采工作面现场数据的检测，我们得出以上该矿下三软巷道围岩应力分析图，这里笔者对巷道内变形机理进行研究分析，如图2所示。

图2 三软巷道围岩变形特征

在该三软巷道围岩施工环境中，巷道顶部承受不同程度的载荷应力，三软巷道围岩受应力影响不同分区为：原岩区、影响区、破碎区。经过多年在矿下工作的实践经验并结合上图该巷道变形特征进行分析，笔者发现在该矿下巷道煤层靠上的地方出现了应力集中，该煤层上方的集中应力与巷道内原岩区的侧应力相互配合一起作用，导致该矿下巷道内如图中所示破碎区的煤层在应力作用下发生一定程度的滑移现象，严重影响了该工作面的施工效率，对现场工作人员的人身安全造成了一定的威胁。接着应力向巷道底部传递，如果巷道底部支护结构没有很好的发挥作用时，巷道内将发生变形。

3 三软巷道支护优化设计

3.1 巷道围岩支护控制原则

1）对该矿下巷道内煤炭开采工作面的顶部进行强化支护，如在巷道顶部配置高强预应力锚索在原有的支护基础上进一步增强顶部的承受载荷能力。

2）对该矿下巷道围岩两侧加强预防支护，该矿下巷道两侧在受到来自顶部的载荷应力时，会发生不同程度的塑性变形，因此，我们要加强巷道两侧的支护结构。

3）通过对该矿下巷道变形特征的具体分析，我们知道巷道底部发生底部鼓起是巷道变形最主要的特征，因此我们要增强巷道底部围岩的抗弯性能。增强其抵抗变形的能力。

4）通过以上对该矿下三软巷道围岩变形特征进行分析，我们知道煤体内部在受到来自顶部载荷应力时，煤层会产生滑移现象，因此为了巷道内施工安全和保证施工效率，必须增强煤层区域与巷道顶部、底部间的滑移阻力。

3.2 支护方案优化设计

通过对上述巷道内应力分析图和三软巷道围岩变形特征进行认真研究分析，我们为了保证在该矿下巷道内安全作业和保证施工效率，对该巷道内工作面在原有的支护基础上进一步增强支护防护，改进优化之前的支护结构，具体见图3。优化支护措施如下：

1）对之前的巷道内顶部支护结构替换为Φ25 mm×2 500 mm的高强预应力锚杆，多配置适量锚杆在非破碎区，提升巷道顶部的抵抗变形能力，同时在该煤炭开采工作面顶部辅助配置以高强预应力锚索，每根锚索之间的排距经精密计算为1.6 m×0.8 m，巷道顶部每一排设置2根锚索，将锚索延伸到基本顶区域，将进一步提高巷道顶板的抵抗变形能力，最后在巷道顶部铺设钢带以最大程度加强支护。

2）对巷道两侧围岩支护结构进行改进优化，这里我们选择Φ25 mm×2 500 mm承受载荷应力强的锚杆，每根锚杆之间的排距经过仔细计算后是0.75 m×0.8 m，在巷道内两侧铺设锚杆时，每一排设置4根锚杆，同时为了防止巷道内顶板发生滑移现象，还需要在巷道两侧铺设斜向锚杆，最后在对支护结构改进优化的基础上，进一步铺设钢带最大程度提高巷道两侧强度。

3）通过对巷道底部进行注浆来实现对巷道底部强度的增强，首先在巷道两侧以合适角度钻注浆孔，通过注浆孔将注浆灌入巷道底部，钻孔具体参数见图3。

图3 巷道支护优化方案（未标单位：mm）

4 结论

主要针对矿下三软煤层巷道围岩详细介绍了三软巷道的应力受力分析图、巷道围岩的岩土层材质、通过建立三软巷道围岩力学模型对巷道围岩的变形特征进行了分析，并同时考虑到原有的支护结构不能有效的保护巷道不发生变形、滑移等现象，对原有的支护结构提出了改进优化方案，进一步增强了巷道围岩强度。