王 伟

（山西晋煤集团沁水胡底煤业有限公司，山西 晋城 048000）

近年来，由于煤炭资源的持续开发以及技术改革，矿井埋深越来越深，开采设备趋于大型化、机械化，为满足资源开采、巷道通风运输的需要，采矿活动对巷道断面面积的要求也越来越大。巷道断面增大必然会降低巷道围岩的稳定性，加之工作面所采煤层厚度较大，容易产生离层或失稳。因此，研究此类巷道的合理支护形式，对提高厚煤层大断面巷道支护效率具有非常重要的意义。

本文针对胡底煤矿1303 工作面大变形巷道控制难题，分析了该矿厚煤层大断面巷道的支护难点，研究了巷道围岩的破坏特征。在此基础上对支护方案和支护参数进行了优化，并在现场进行了成功应用。

1 工程概况

胡底煤矿1303 工作面开采煤层为3 号煤层，煤层最大厚度6.15 m，最小厚度5.2 m，平均厚度5.72 m。工作面基本顶为含砾粗砂岩，直接顶为炭质泥岩及粗砂岩，直接底为砂质泥岩。工作面整体为一小型单斜构造，煤层倾角约为5°。1303 工作面运输煤巷13031 巷道为进风、运煤的巷道，并兼做行人巷使用。巷道为矩形断面，巷道掘进宽5500 mm，净宽5400 mm，净高3600 mm，净断面5.4×3.6=19.44 m2。

2 巷道破坏特征及支护难点

2.1 巷道破坏特征

根据调研该矿其他工作面回采巷道的变形破坏情况，可以总结出巷道破坏特征：顶板煤体发生破裂产生下沉，顶板处金属网产生拉伸变形，形成网兜，顶板有可能会发生冒漏；帮部煤体变形较大，煤体向巷道空间鼓出，危及巷道两帮架设的管线；巷道顶板产生水平变形，顶板支护的W 型钢带受挤发生弯曲，部分发生断裂，围岩控制效果大大降低。

2.2 支护难点

（1）巷道跨度达到了5.4 m，高度达到3.6 m，断面尺寸的增加使巷道围岩应力和变形成指数倍急剧增加，围岩变形增加，直到巷道失稳。

（2）巷道两帮为节理裂隙较为发育的煤体，承载能力较弱，加之顶板将成倍增加的垂直载荷向两帮传递，使两帮煤体的垂直压力急剧增长，增加了片帮的可能性。

（3）煤层厚度大，厚度变化起伏大，裂隙较发育，煤层较软弱，在掘巷过程中易发生离层、冒顶等事故。

（4）巷道要经历工作面回采超前支承压力的影响，巷道围岩应力集中程度较高，且变形剧烈。

3 巷道支护优化方案

3.1 支护设计优化

采用更长锚杆锚索将破碎顶板悬吊于深部稳定岩层，加强顶底角、两帮支护等，优化的方向主要包括以下两个方面：

（1）顶板采用高强度、大延伸量加长锚杆锚索支护

巷道顶板上部为强度低、较破碎煤体，采用高强度加长锚杆能将浅部较破碎煤体锚固到深部较稳定煤体中，高强度加长锚杆会在增强锚固区域整体性的基础上，进一步提高其自身的承载能力。高强度长锚索可提供较大的支护阻力，并能确保其自身有足够长度伸入到顶板稳定层之中，提高了锚固点的稳定性，减少了软弱顶板的离层变形与沿弱面的错动，形成锚杆锚索与顶板岩层组成的共同支护体，顶板抗变形能力和承载能力能够得到较为明显的提升。同时，大延伸量锚杆锚索允许围岩有一定变形，增加了支护系统的适应性。

（2）加固两帮以及顶底角关键部位

目前，在矿井生产中，很多巷道在围岩控制过程中，仅仅重视对顶板的控制而忽略了对两帮的控制。由于巷道顶板和两帮的支护强度不同，使得矩形巷道的四个角，尤其是两肩角的塑性破坏得不到有效控制，大范围的塑性破坏使围岩容易发生碎胀变形，从而使得巷道两帮的控制难度进一步加大。当对矩形巷道四个角加大支护强度后，巷道围岩碎胀变形的问题便得到了有效的解决，对巷道深部围岩起到一定的隔离保护作用，两帮承载能力得到提升，进而能为顶板提供更强大的支撑作用，使顶板下沉量减少，保证巷道稳定。所以，加大对巷道四个角的支护成为了巷道围岩控制的关键。

3.2 支护材料优化

综合考虑设计方案以及经济因素，优化后的支护材料见表1。

表1 支护材料参数

3.3 支护参数优化

顶板支护：顶板支护布置如图1。

顶板采用锚杆、锚索、钢带、六边形网联合支护。顶锚杆选用左旋无纵筋螺纹钢锚杆和拱形可调心钢托板，每排布置6 根，间排距800 mm×1000 mm，其中最外侧锚杆距巷道两帮300 mm，与水平面夹角75°，中部锚杆均垂直于巷道顶板布置；锚索间排距为1500 mm×1000 mm。巷道顶、帮锚杆锚固力不小于127 kN，扭矩不小于200 Nm；锚索预紧力不小于200 kN，锚固力不小于363 kN。

两帮支护：巷道断面整体支护布置如图2。

巷道两帮锚杆选取Ф18 mm×2500 mm 的高强度螺纹锚杆，距顶300 mm 以间排距为800 mm×900 mm 开始支护。

巷道两帮支护形式为锚杆支护，配合使用W 型护帮板以及菱形金属网。巷道帮锚杆均垂直于煤帮布置，布置排距为1000 mm，间距为900 mm。其中最上排锚杆距巷顶400 mm，锚杆紧固力≥300 N·m。

图2 巷道支护断面图（单位：mm）

4 现场应用效果分析

4.1 围岩变形

针对13031 运输巷道两帮移近量和顶板下沉量进行了为期40 d 的现场观测，围岩变形数据显示，在巷道开挖完成初期，围岩变形的速度较大，然后逐渐减小，最后趋于0。巷道顶板下沉量最大不超过95.5 mm，两帮相对移近量最大不超过84.5 mm，巷道断面的最大收敛率约6.9%。这表明，在新的支护方案下，巷道变形得到了有效的控制。巷道围岩变形情况如图3。

图3 巷道围岩变形实测结果

4.2 顶板离层

顶板离层量也是鉴定巷道支护方案是否有效的一个重要指标。在现场得到的实际测量数据表明，顶板的离层量在4～7 mm之间，巷道顶板离层量较小，顶板仍然处于稳定状态。这说明优化后的支护方案是一个有效的支护方案，达到了稳定支护的目的。

通过对上述实测数据的分析，得出了新支护方案能够很好地对厚煤层大断面巷道进行支护，并能有效地控制巷道围岩的变形。

5 结论

（1）巷道的顶底角容易发生应力集中现象，变形的严重程度由大到小为：顶板最大，两帮其次，底板最小。

（2）顶板采用高强度、大延伸量的加长锚杆锚索支护，并改变两肩角锚杆支护角度，加固两帮以及顶底角关键部位，围岩控制效果良好。

（3）针对厚煤层大断面巷道提出了合理的支护设计方案，经试验应用与动态监测，锚杆索受力稳定，围岩变形较小，巷道整体稳定性较好。