冯智杰

（山西世德孙家沟煤矿有限公司，山西 保德 036600）

1 工程地质条件

孙家沟煤矿13313 工作面北部距原同保煤矿准备巷50 m，南部为13#煤北回风巷，西部为尚未开采的13#煤层，东部为13311 综放工作面（工作面巷间保护煤柱宽25 m）。13313 工作面上方是11107工作面采空区，11107 工作面已于2016年底回采完毕，停采线距13#煤北回风巷200 m，13313 工作面与11107 工作面几乎完全重叠，两者垂直距离为17 m左右。13313 进风巷左帮上方为11107 工作面采空区煤柱 （煤柱宽30 m），13313 进风巷为留顶煤巷道，顶煤厚度10 m左右。

该工作面所采煤层为13#煤层，易自燃且煤尘有爆炸性。13313 进风巷走向长1 620 m，已掘进1 100 m左右，巷道地面标高+1 050～+1 100 m，井下标高+800～+840 m，平均埋深约250 m。13313进风巷平、剖面布置见图1。

图1 13313 进风巷平、剖面布置

2 局部异常矿压显现及原因分析

2.1 异常矿压显现

13313工作面进风巷走向总长1 620 m，已累计掘进1 100 m左右，由于13#煤与上方11#煤垂距17 m左右，最近处仅有9 m，且13313 进风巷正好处于上方11#煤工作面采后遗留煤柱边缘。采用FLAC3D数值分析方法对煤柱作用下，13313 进风巷受力状态进行分析，建模过程及模型参数详见文献[1]，限于篇幅，本文不再赘述。受遗留煤柱下方高应力区等影响，13313 进风巷在使用高预应力锚杆（索）联合支护后，局部仍出现异常矿压显现，见图2，主要表现为底鼓、两帮移近、W钢带弯折、锚索破断等[2]。

图2 煤柱载荷作用下区域垂直应力分布（单位/MPa）

（1）13313 进风巷多处出现底鼓和两帮移近现象，严重部位两帮移近量在200 mm左右，底鼓量达到600 mm。

（2）630～650 m里程范围多处顶板出现W钢带弯折现象，见图3。

图3 顶板W 钢带弯折

（3）900～930 m里程范围多处顶板出现锚索断裂现象，见图4。

图4 顶板锚索破断

2.2 诱发原因分析

为探究导致上述异常矿压显现的原因，在重点部位开展顶板围岩结构钻孔窥视并评估其稳定性，同时分析巷道全断面锚杆（索）受力特征，了解其工作状态。

（1）顶板围岩结构钻孔窥视

由图5至图8不难发现，顶板锚索锚固范围内煤层完整性较好，虽含有多层夹矸，但并未出现明显离层现象，受11#煤遗留煤柱下方高应力区及巷道掘进影响13313 进风巷顶板仍能保持较好稳定性。

图5 852 m 里程处顶板围岩结构

（2）锚杆（索）受力

分析图6中锚杆（索）受力曲线可知，顶板5.2 m锚索初始施加预紧力都在200 kN以上，达到了高预应力的效果。由于巷道围岩处于高应力区，随后5.2 m锚索受力明显增加，最终大多能够稳定在一定数值，但此时锚索受力量值较大（平均达到400 kN），甚至个别锚索受力始终在增加且超过600 kN（超过锚索自身最大受力530 kN的极限值，锚索可能发生破断）。顶板8.2 m锚索初始施加预紧力都在200 kN以上，达到了高预应力的效果，由于巷道围岩处于高应力区，锚索受力始终在增加，目前锚索受力量值较大（平均达到400 kN，最大达到480 kN）。帮部锚杆初始施加预紧力都在50 kN以上，达到了高预应力的效果，由于巷道围岩处于高应力区，553 m里程处测站锚杆受力在增加一定数值后基本能够保持稳定，目前受力稳定在150 kN左右（接近锚杆杆体屈服载荷）。帮部锚索初始施加预紧力在100 kN左右，由于巷道围岩处于高应力区，锚索受力始终在增加，目前受力平均值在180 kN左右。

图6 553 m 里程处测站锚杆（索）受力分析

（3）诱发异常矿压显现原因分析

①根本原因：13313 进风巷正好布置在11#煤回采后遗留煤柱下方边缘处，正处于煤柱下方高应力区，围岩应力非常高，巷道稳定性难以控制[3-4]。

②异常矿压显现最严重部位900～930 m里程范围为整个13313 工作面最低点，围岩应力在此处集中程度更高，同时11#煤采空区涌水更易向低点流动，造成此处顶板淋水严重，影响顶板的稳定性与锚固结构的强度。

③帮部支护强度仍偏弱，造成两帮移近与顶板水平错动，进而使顶板W钢带弯折、锚索发生剪切破断。

④由于巷道围岩处于高应力区，顶板与两帮在采取高预应力强力锚杆（索）组合支护后，围岩高应力更易在相对薄弱的底板释放，进而引起巷道局部发生底鼓现象[5-6]。

3 初步控制技术措施及巷道布置建议

3.1 初步控制技术措施

（1）在顶板发生锚索破断处重新补打1×19 结构，直径21.8 mm，长度8 200 mm锚索。

（2）建议后续施工中将顶板原始使用1×7 结构，直径21.6 mm，长度8 200 mm锚索全部更换为1×19 结构，直径21.8 mm，长度8 200 mm锚索（最大力延伸率更高，抗剪切能力更强）并配合使用钢筋梯梁。

（3）严格控制巷道施工与支护质量，加强综合矿压监测数据采集与分析工作 （围岩表面位移、顶板离层及锚杆、锚索受力等），定期开展顶板围岩结构钻孔窥视，密切关注围岩变形破坏情况。

如巷道后续掘进及服务回采过程中大范围出现异常矿压显现，掘进期间建议将顶板锚索全部更换为1×19 结构，直径21.8 mm锚索且长度8 200 mm锚索配合使用钢筋梯梁，帮部锚杆直径变更为22 mm且左右两帮都进行锚索补强；工作面回采期间对顶板进行卸压（水力压裂切顶卸压），从根本上解决问题。

3.2 巷道布置建议

现场观测发现，处于煤柱边缘正下方的左帮受上位煤层遗留区段煤柱影响较大，而相对远离煤柱的右帮受影响较小，说明巷道右帮稳定性优于左帮。下一工作面回风巷可考虑增加内错距离，适当向上位煤层11107 工作面采空区方向移动，布置在远离上位煤柱影响区域。

4 结语

13313进风巷正好布置在11#煤遗留煤柱下方边缘处，正处于煤柱下方高应力区，巷道围岩稳定性难以控制。加之煤柱正上方为11#煤顺槽最低点，造成此处顶板淋水严重，影响顶板的稳定性与锚固结构的强度，在二者共同作用下，出现巷道局部矿压显现剧烈情况。针对现场巷道变形大，难控制的现状，基于原因分析，提出采用全锚索支护顶板，锚索直径21.8 mm，长度8 200 mm；帮部锚杆直径增加为22 mm，且左右两帮都进行锚索补强；工作面回采期间对顶板进行卸压（水力压裂切顶卸压）。