王雁峰

（准格尔旗永智煤炭有限公司，内蒙古 鄂尔多斯010499）

1 引言

浅埋煤层回采工作面巷道一般布置在煤层中，巷道围岩受采动影响较大。且相对于其他埋深的煤层，浅埋煤层来压速度快，矿压显现剧烈。两者的共同作用导致回采巷支护难度大，在设计使用年限内，巷道断面经常由于变形量太大而无法满足使用要求[1]。

某矿4206 工作面主要开采4-2 煤层，其地面标高1361～1416m，工作面标高1295～1310m。煤层埋深66～106m，厚度约为2.55m，是典型的西部浅埋深煤层。4-2 煤层煤的硬度系数f=2，顶板岩性为粉砂岩或砂质泥岩，底板岩性为砂质泥岩，顶底板岩石硬度系数f=4～6。工作面机巷顶底板岩石强度低，均为软弱岩石，岩石风化作用较强，岩体的稳定性较差，工程地质类型划分为第三类第二型层状岩类中等型。采掘过程中，局部地段易发生顶板冒落和底板软化变形等问题。随着工作面的推进，4206 工作面机巷多次反复扩修，严重制约了工作面的安全高效生产。

锚杆直接作用区是受锚杆锚固力直接作用的区域，锚杆非直接作用区是受锚杆锚固力非直接作用的那部分岩体。这对理解锚网支护体系各部分的作用是显而易见的，也有利于进一步阐明锚网支护各部分的作用机理[2]。

根据巷道锚网支护各部分所起的作用和锚网支护各种破坏现象，可将煤巷锚网支护失效或弱化归纳为三种失效模式：

第一种，锚固失效型。指锚杆（索）没有锚固作用、锚固力低、锚固力衰减的快或衰减的很低，以至锚杆（索）起不到应有的锚固作用，由此导致的锚网支护失效，称为锚固失效型。

第二种，护表失效。指锚杆间的岩体流变，得不到有效控制，导致锚网支护失效的情况。它往往是由于锚网支护中网的柔性大，无法有效地延伸托盘对围岩的压力，导致锚杆间的岩体变形得不到有效控制，该处围岩向巷道自由面破碎膨胀，锚杆体周围的岩石破碎，导致浅部围岩承载能力下降。

第三种，结构失稳型。指锚网支护承载结构，由于结构上不稳定导致的锚网支护失效。它包括两种情况：一是由于局部锚网支护承载结构失稳，导致整个锚网支护承载结构失稳；另一种情况是锚网支护承载结构失稳，从整体结构稳定性来说，在一定的载荷作用下，其结构本来就不稳定，如锚杆间排距过大、锚杆长度偏短、结构补偿锚索偏少等都可能导致锚网支护承载结构结构性失稳。

2 浅埋煤层巷道变形原因分析

2.1 强动压

浅埋煤层矿压显现剧烈，顶板下沉量大，实测在200mm左右，这导致了工作面超前支撑压力大，巷道底板强度较低，已很难支撑上覆岩层的重量，又在动压影响下，巷道底臌更加严重[3]。

2.2 巷道围岩强度低

由于巷道围岩强度低，导致巷道变形速度快和变形量大，两帮和顶底板移近量可能达到10mm/d，变形量一般达到60～100mm 以上，大的甚至达到300～500mm，如果支护不合理，变形量甚至达到1000mm；变形时间长，一般持续2 个月，有的甚至半年都无法稳定，呈现流变性。

2.3 底板遇水膨胀

底板为砂质泥岩，含有亲水性很强的蒙脱石、伊利石等粘土矿物质。该类岩石遇水就会剧烈膨胀，导致巷道内部的水难以排除而加深膨胀，如此反复，进一步增大巷道底臌量。

3 巷道支护参数优化

3.1 锚杆参数优化

根据某矿4206 工作面巷道变形破坏特征与原因，提出如下改进方案：①增加锚索长度[4]，采用Ф15.24×7000mm 锚索。通过将锚索锚固到巷道围岩深部稳定岩层中，可以起到悬吊作用及组合梁作用，改善围岩内部的受力情况及应力分布，有效的抑制巷道顶板变形。②增大锚杆预紧扭矩到280N·m。提供更高的初始护表力，有效抑制巷道早期变形，抑制巷道围岩浅部裂隙发育，控制松动圈发育；增大围岩裂隙之间的摩擦力，提高松动圈内围岩的整体性；提高锚固范围内围岩体的残余强度，使得锚杆与锚索更好地共同发挥作用。③在钢丝网外增加强度高、挠度低的钢筋网。针对松软围岩，通过增大锚杆之间围岩的护表强度，减少巷道表面破碎岩块散落，控制巷道围岩后期表面变形程度，同时更好地发挥锚杆托盘的护表作用，

3.2 支护参数设计

4206 工作面机巷沿顶板掘进，巷道设计断面5000×2800mm，采用高强度锚杆-锚网索联合支护。锚杆采用Ф18×1800mm 高强度左旋无纵筋螺纹钢，间排距800×800mm，锚杆托盘选用120×120×10mm 方形钢板，预紧扭矩不得小于280N·m；锚索采用Ф15.24×7000mm 钢绞线制作，间排距1500×3000mm，锚索托盘选用300×300×10mm 方形钢板，预紧力不得小于200kN；锚杆采用两根Z2350 型树脂锚固剂，直径23mm，锚固长度1000mm；锚索采用四根Z2350 型树脂锚固剂，锚固长度1800mm。巷道柔性网片采用8#铁丝网制作，网目50×50mm 菱形，外加直径6mm 钢筋焊接的钢筋网，网目100×100mm 正方形。

3.3 支护效果分析

为合理评价锚网支护效果，根据4206 工作面机巷地质条件，布置了2 表面位移测站，监测巷道顶底板移近量和两帮移近量。

巷道表面位移是反映巷道围岩稳定状况的综合指标。掘巷期间采用锚网索支护后，1#测站巷道顶底板变形在距掘进头96 m 左右时趋于稳定，顶底板最大变形量为123 mm，观测期间平均变形速率为2.86 mm/d，巷道两帮变形量相对较大，在距掘进头83 m 左右时趋于稳定，两帮最大移近量182 mm，观测期间平均变形速率为4.23 mm/d。

掘巷期间采用锚网索支护后，2#测站巷道顶底板变形在距掘进头108m 左右时趋于稳定，顶底板最大变形量为95mm，巷道两帮变形量相对较大，在距掘进头121m 左右时趋于稳定，两帮最大移近量为159mm。

4 结语

通过锚杆支护理论，根据现场实际调查的巷道变形情况，综合分析，提出了浅埋煤层巷道稳定技术方案。

经过现场实测，两个测点位置的巷道变形量达到了159mm，但随着距迎头距离的增加，变形速度均降到了0，这说明浅埋煤层巷道稳定技术可以有效地控制巷道变形。