章旭虎

(山西汾河焦煤股份有限责任公司，山西 洪洞 041602)

1 工程概况

霍州煤电集团三交河煤矿2-511工作面位于2号煤层五采区，主采2号煤层，煤层均厚4.2 m，平均倾角为9°，含有一层均厚为0.5 m的夹矸层，煤层基本顶为中砂岩，均厚为6.5 m，直接顶为砂质泥岩，均厚为4 m，直接底为泥岩，厚度为3 m，基本底为中砂岩，厚度为2.5 m，工作面采用大采高一次采全高采煤方法，设置采高为4 m，全部垮落法管理顶板。工作面回风巷道断面为矩形，沿2号煤层顶板掘进，巷道宽度5 300 mm，高度3 500 mm，根据2号煤层的地应力测试结果知围岩的最大主应力为东西方向，其值为11.2 MPa，最小主应力为竖直方向，其值为11.1 MPa，属于高应力煤层巷道，为充分保障巷道围岩的稳定，决定在巷道掘进作业时在基本支护的基础上配合钻孔卸压的方式对巷道围岩进行控制。

2 高应力煤巷钻孔卸压原理

根据巷道围岩松动圈理论，巷道在开挖后会破坏围岩原有的应力平衡状态，应力会进行重新平衡，浅部围岩的一定深度内出现松动圈，围岩平衡稳定后会由外至里依次形成破碎区、塑性区及弹性区，由于松动圈范围内的围岩处于单向或者双向受力状态，岩石在集中应力的作用下会破坏，尽管破坏后的围岩体存在着一定的残余强度，但围岩的破坏会使得围岩体内的应力得到释放[1-2]。

钻孔卸压的原理与巷道开挖相似，通过在巷道表面施工卸压钻孔，钻孔周围的围岩应力同样会重新分布，形成塑性区域，在应力再次平衡的过程中，围岩塑性区、破碎区及巷道围岩的应力峰值会向围岩的深部转移，进而能够有效降低高应力巷道周边围岩的应力，控制围岩的变形，巷道围岩在打设卸压钻孔前后围岩应力峰值的变形情况如图1所示。在对巷道围岩施工多个卸压钻孔时，各个钻孔形成的破坏区和塑性区会相互叠加，进而形成一条类似于梯子的卸压区域，该卸压区域的形成能够改善高应力巷道围岩的应力环境，为巷道围岩的变形提供一定的空间，进而保证巷道围岩的稳定[3-4]。

3 支护设计及钻孔卸压方案

3.1 方案设计

3.1.1 支护参数设计

针对2-511工作面回风巷的具体地质条件，确定采用锚杆、锚索、金属网联合支护。锚杆采用D22 mm×2 400 mm的螺纹钢锚杆，顶板每排布置6根，间排距为1 000 mm×1 000 mm，两帮每排布置4根，间排距为900 mm×1 000 mm，锚固方式为全长锚固，设计锚固力不低于228 kN，顶板两侧锚杆向外倾斜10°进行安装，其余均垂直与顶板打设，两帮锚杆顶底两根向上和向下倾斜10°进行安装，其余垂直巷道打设；顶板锚索采用D22 mm×6 300 mm的1×19股钢绞线，采用2-3-2-2布置，间排距为1 800 mm×2 000 mm，煤柱帮锚索采用D22 mm×5 300 mm的1×19股钢绞线，间排距为1 800 mm×2 000 mm，锚索锚固长度为1 970 mm，金属网采用10号铅丝制作的网孔规格为3 300 mm×1 000 mm的经纬金属网，锚杆与锚索均采用Q235圆钢焊接而成的长×宽=3 200 mm×80 mm的钢筋梯子梁，用于将锚杆(索)进行有效连接，巷道支护如图2(b)所示。

图2 2-511工作面回风巷锚杆索+

3.1.2 钻孔卸压设计

根据2-511工作面回风巷的具体地质条件，结合卸压钻孔的原理，在巷道掘进迎头进行超前施工大孔径卸压钻孔，卸压钻孔施工完毕后进行支护作业，在滞后支护一定距离内的巷道两帮施工卸压钻孔，采用ZQJC-360/7.1型钻机，直径为76 mm的钻杆，钻头直径为120 mm的金刚石复合片，迎头方向布置卸压钻孔应不少于2个，设置孔深不小于10 m，巷道每施工8排锚杆(索)进行一组巷道卸压钻孔的施工作业。

具体卸压钻孔各项布置参数如下：

1) 迎头超前卸压钻孔：钻孔孔径为120 mm，长度为10 m，钻孔间排距为1 000 mm×1 000 mm，在距离底板1 150 mm的位置处打设，迎头卸压钻孔的布置形式如2(a)所示。

2) 滞后迎头帮部卸压钻孔：钻孔直径为120 mm，长度为6 m，巷道两帮各在距离底板1 750 mm的位置处垂直于巷帮打设，间距为1 000 mm，具体布置形式如图2(b)所示。

3.2 效果分析

为验证2-511工作面回风巷锚杆索+钻孔卸压支护方式的效果，在滞后掘进工作面10 m的位置处，通过十字布点法对巷道的表面位移进行持续观测，每天对巷道围岩的位移进行一次观测，持续观测50 d，根据矿压观测数据得出巷道表面位移的曲线，如图3所示。

图3 巷道围岩变形量曲线

由图3可知，2-511工作面回风巷采用锚杆索+钻孔卸压支护方案后，在0～20 d内巷道围岩变形量较大，顶底板的变形速率为7.5 mm/d，两帮变形速率为5.7 mm/d；30 d后巷道顶底板及两帮移近量均基本保持稳定，表明巷道围岩已基本处于稳定状态，巷道顶底板最大移近量为170 mm，两帮最大移近量为120 mm，有效保障了巷道围岩的稳定。

4 结 语

通过分析2-511工作面回风巷的地质条件，并结合钻孔卸压支护的原理，对2-511工作面回风巷的支护参数及钻孔卸压支护进行具体设计，根据矿压监测结果显示，在回风巷采用锚杆索+钻孔卸压的支护方案后，顶底板的最大移近量为170 mm，两帮最大移近量为120 mm，有效控制了巷道围岩的变形，保证了巷道围岩的稳定。