刘自强

（陕西省神木市孙家岔镇德泉矿业有限公司，陕西 神木 719314）

德泉煤矿12105 胶运顺槽顶底板均为泥岩，掘进过程中涌水量较大，软岩层对巷道的安全稳定性控制带来了较大困难，两帮的原生节理裂隙发育，致使巷道煤壁片帮现象严重，不仅造成巷道断面难以达到设计标准，更给巷道的失稳垮冒等严重灾害事故埋下了安全隐患[1]。因此，需要对巷道围岩活动规律进行全方位的跟踪监测，掌握巷道变形破坏特征及其原因，优化现有的支护方案[2]，在满足安全生产建设要求的基础上，降低巷道支护成本，为12105 胶运顺槽的长时稳定以及矿井安全高效生产奠定坚实基础[3-4]。

1 工程概况

12105 胶运顺槽沿2-2上煤底板掘进。2-2上煤层平均厚度为2.25 m，煤层结构简单，不含夹矸。煤层顶底板主要以泥岩为主，顶底板岩性参数见表1。矿井范围内主要赋存新近系砂砾岩含水层、侏罗系裂隙孔隙含水层。侏罗系裂隙孔隙含水层富水性较强，给顺槽掘进过程中带来了较大的困难。

表1 煤层顶底板岩层特征表

12105 胶运顺槽为矩形断面，巷道净宽5.4 m，净高2.9 m，断面为15.66 m2。

顶板锚杆采用Ф20 mm×2200 mm 螺纹钢锚杆，间排距800 mm×800 mm，锚索采用Ф15.24 mm×6500 mm 的钢绞线，“二二”布置，间排距2200 mm×2400 mm。巷道顶部锚杆数量为6 根，肩窝锚杆与煤帮夹角为75°，其余垂直顶板。锚杆和锚索预紧力分别为40 kN 和100 kN。顶锚杆使用一支MSK2360 锚固剂，锚索使用2 支MSK2360 锚固剂。顶网采用Ф5 mm 的金属网，搭接100 mm，网格100 mm×100 mm，捆绑采用14#铁丝。帮锚杆右帮采用Ф20 mm×2200 mm 的螺纹钢锚杆，左帮采用Ф20 mm×2000 mm 的树脂锚杆。左、右帮锚杆间排距均为1000 mm×800 mm，左、右帮部两肩窝锚杆与帮部夹角为15°，每根锚杆使用一支2360 锚固剂。右帮使用Ф5 mm 的金属网，网格100 mm×100 mm，捆绑使用14#铁丝。左帮使用树脂网片，网格50 mm×50 mm。巷道支护断面图如图1，巷道支护断面俯视图如图2。

图2 巷道支护断面俯视图

2 支护方案优化

2.1 提高锚杆索预紧力

锚杆预紧力在巷道支护中处于非常关键的地位。在施工安装锚杆索后，对锚杆索自由端施加合理预紧力使得围岩的挤压作用明显，岩体应力状态得到改变，提高被锚固岩体力学性能，控制和减小巷道围岩破碎区、塑性区范围，保持巷道稳定。预应力锚杆对软弱岩层的作用比坚硬岩层更为明显。

根据12105 胶运顺槽的实际情况，将锚杆索预紧力由原先40 kN 和100 kN 的基础上提高至70 kN和130 kN。

2.2 增加锚固长度

由组合梁理论可知，对于存在片帮裂隙、离层裂隙以及水平错动的层状岩层来说，端部锚固的锚杆提供的轴向力不仅将对岩层产生方向上的约束，并且还会使各岩层之间的摩擦力加大，与锚杆杆体提供的抗剪力一同阻止岩层间的相对滑动。对于全长锚固锚杆，由于锚固剂与岩体相互作用范围的加大，使杆体对围岩离层、错动的敏感性增强，能够及时抑制围岩裂隙的产生与发展。同时，锚杆杆体与锚固剂协同控制作用增强，锚杆受力状况明显改善，增加了控制巷道片帮的能力，支护效果明显优于端部锚固锚杆。

根据12105 胶运顺槽的实际情况，在顶锚杆使用一支MSK2360 锚固剂、锚索使用2 支MSK2360锚固剂基础上，分别增加锚固剂数量3 支和8 支，变端头锚固为全长锚固。

2.3 围岩注浆

围岩注浆技术通过浆液渗透进入破碎围岩裂隙中，固结后将破碎围岩胶结成一个整体，将裂隙端部的应力集中现象大大削弱，改变围岩体的破坏机制，有助于支护结构发挥承载能力，以达到控制围岩稳定的目的。根据浆液的注入深度，主要有浅部注浆加固技术和深部注浆加固技术，浅部注浆通过注浆管实现，深部注浆通过中空注浆锚索实现。

为了降低支护成本，在12105 胶运顺槽支护采用浅部注浆，设计注浆孔排距5 m，孔深2.5 m，孔距1.5 m。

3 工程应用分析

为了评价支护方案优化后的实际效果，对12105 胶运顺槽进行了围岩变形观测和裂隙观测。围岩变形观测主要包括：巷道表面位移观测和深部围岩位移观测。巷道表面位移监测主要包括巷道顶板下沉量、两帮移近量、底鼓量等[5]；巷道深部围岩位移观测主要为顶板离层量[6]。

巷道围岩变形如图3 所示，巷道的顶板下沉量、两帮移近量以及底鼓量在巷道掘进初期快速增加，当掘进工作面向前推进至大概50 m 远时，巷道围岩的变形速率开始逐渐减小，变形趋于稳定。从总变形量来看，总变形量为80～98 mm，巷道两帮的变形量大于巷道顶板的下沉量，但小于顶底板的变形量之和，即巷道围岩的水平收敛量大于垂直收敛量。

图3 巷道围岩变形

由巷道深部位移图可知：巷道顶板围岩的变形量由浅部至深部逐渐减小，变形持续时间逐渐缩短。结合巷道顶板表面位移图来看，从巷道表面至3 m深度，再至8 m 深度范围内，围岩离层量逐渐减小。距巷道表面3 m 深度范围内的锚杆锚固区围岩最大离层量为21～27 mm，小于锚杆的极限应变值。距巷道表面3 m 深度至8 m 深度范围内的围岩最大离层量为36～43 mm，小于巷道锚索的极限应变值。距巷道表面6 m 以深的围岩总变形量为17 mm。距巷道表面8 m 以深的围岩总变形量为23 mm。在锚索的有效控制下，围岩的整体变形及离层处于允许范围之内，优化后的支护效果良好。

巷道帮部不同深度钻孔窥视图如图4，在巷道顶板深部2.5～3.5 m 范围内，围岩较为完整，整体性较好，不存在明显的节理裂隙，说明围岩浅部注浆取得了很好的效果。

图4 巷道帮部不同深度钻孔窥视图

4 结论

（1）针对巷道围岩为泥岩、涌水量较大等条件，在原有的基础上提出了支护优化方案，即提高锚杆索的预紧力、锚杆全长锚固和浅部围岩注浆。

（2）采用新的综合治理措施后，巷道表面总变形量80～98 mm，距巷道表面3 m 深度至8 m 深度范围内的围岩最大离层量为36～43 mm，小于巷道锚索的极限应变值。距巷道表面6 m 以深的围岩总变形量为17 mm。距巷道表面8 m 以深的围岩总变形量为23 mm。浅部注浆后围岩较为完整，整体性较好，不存在明显的节理裂隙。