摘  要：为了解决某煤矿煤顶破碎问题，研制了一种新的带电锚杆。采用预应力锚索对岩体进行加固。从理论上证明了“膨胀锚”和“铁带”的支护方案，通过数值仿真验证了该支护方案的可行性。从矿山周边岩体的变形情况来看，本技术支撑方案能较好地满足煤层巷的安全生产要求。

关键词：松散破碎围岩;注浆膨胀锚杆;巷道变形;数值模拟

引言

随着矿井开发程度的提高，矿井围岩失控，顶板破碎等问题时有发生。锚杆将巷的整体强度增强，但在某些特殊区域（破坏围岩），由于预应力不足或损失，常常很难达到矿井的安全要求。

通过对煤层的分析，发现其上、下均为细砂岩、砂岩、泥岩等。在开挖过程中，由于受施工应力和其他因素的影响，导致巷道围岩发生较大的变形，给矿井的正常生产带来很大的影响。在保证矿井安全、高效的前提下，寻找一种科学、有效的支撑方法。

1.工程地质概况

1.1煤层赋存情况

安徽淮北南侧的某矿井，煤运输巷道位于山岭背斜南西翼，正断层斜穿过煤田中央，在邻近处形成褶皱构造。矿体顶部以细砂岩、砂岩、泥岩为主。

1.2原巷道支护情况

煤层巷道在高原应力条件下的变形较大，其围岩稳定性较差，其主要表现为：

（1）"网兜"现象的产生。巷道开挖后，巷道顶部两侧的围岩往往会向工作面伸出，导致两条巷道出现较大变形，一些巷道断面严重变形，严重影响了巷道的正常使用。

（2）存在着"底鼓"的情况。巷道的直接底板为泥质岩石，其强度较差，很难经受较大的压力。当岩石在接近孔表面时，底部的弹性能被释放出来。

2松软破碎围岩巷道支护设计

2.1新型注浆膨胀锚杆设计

采用新型充填式膨胀锚杆，能实现高预应力，确保锚杆的长期稳定。在圆台末端的作用下，螺栓通过套管使膨胀套管的末端膨胀，从而提高螺栓的支承强度。采用灌浆界面，多个孔均匀分布，便于在锚杆四周注浆，使围岩胶结，提高围岩支护的稳定性;利用相邻的锚杆，使其与水泥砂浆的粘结强度显著提高;最终，煤层巷道围岩的胶结成为一个整体，并与之形成联合拱，共同承担矿井压力。

2.2巷道围岩变形破坏机理分析

由于采用了U型钢棚支护形式，且受巷道开挖的影响，特别是在围岩较为破碎的情况下，U型钢棚整体受力不均，容易出现破坏和失效。

2.3巷道支护方案优化设计

通过对巷路围岩及支护结构失稳机制的研究，提出采用方案：增强巷路围岩强度及围岩强度加固措施，以改善支护结构。填充巷道支承结构与岩体间的间隙会使围岩中的孔隙减小。依据以上方法，对巷路支护方案进行了优化，使其稳定性得到了改善。

3.巷道掘进工艺优化

原巷道采用EBZ200带式掘进机，因其特殊的围岩状况及管理问题，在施工过程中，其成巷效率较低。因此，对巷道岩壁的掘进工艺进行了优化，并应用了悬臂式掘进机的机械化施工技术。

巷道的开挖方式对巷道的开挖速度及成巷效果有很大的影响，而巷道开挖方式的选取则与巷道的围岩强度有关。当岩石硬度较小时， 先用截割头在左下角掏槽后， 向上按S型进行切割;当岩石硬度不同时， 先在较软位置进行掏槽， 然后再进行全断面截割;当岩石较硬时， 根据岩石硬度及节理裂隙发育情况综合确定钻进深度， 再逐步扩大到全断面。

巷道底板软弱导致掘进机行走困难

当底板较软时， 可通过在履带下垫木板来加强其行走能力， 若底板积水较多， 先进行上部截割， 待截割下来的物料与水混合后再进行下部的截割;在积水较多区域可隔一段区域建立蓄水池， 来收集巷道上部流下的泥水， 并通过泥浆泵进行排水。

在进行巷道技术优化的同时，必须对巷道进行适当的优化。每一个巷道班组必须做两次巷道截割。在巷道施工中，采用机械开挖方式替代人工手动作业，使掘进班组的作业效率大大提高，掘进速度明显加快。

4.效果分析

在巷道围岩开挖时，采用巷道支护技术和辅助开挖技术。在开挖10天后，围岩的变形速度很快，而且变形速度很快。10天以后，岩体的变形趋于平稳，并达到最大。巷道顶底最大位移为187毫米，两侧最大位移为135毫米，岩体变形以顶板沉降为主。在一个多月的时间里，巷道开挖量已达102m，巷道开挖速率由1.8m/d增加至3.4m/d，巷道开挖速率得到了显著的改善。通过对围岩变形的分析，表明围岩变形控制在可接受的范围之内，围岩的稳定性得到较大改善，采用合理的支护技术和掘进技术，能够确保其稳定。

5.巷道支护参数模拟分析

FLAC3D数值模拟软件FLAC3D在已有煤层赋存条件的基础上，构建了FLAC3D数值分析模型，模型的左、右、前、后两个边界分别建立变形约束，下侧为极限竖向位移，上侧为应力边界，竖向荷载为15MPa，并应用了摩尔-库仑结构模式。利用现巷支护的数值仿真方法，对目前巷道支护结构的影响进行研究，为现行的支护设计提供了可靠的理论基础。

新的支护方案实施后，围岩的应力分布没有显著的改变，而新的支护方案使巷道顶部和两侧的应力发生了显著的变化，顶板的应力范围也比较小。结果表明，这种支护结构比以往的支护方案有更大的提高，由-20MPa降至-15MPa。另外，由于巷道附近岩石对围压非常敏感，因此围护压力的变化很小，可以大幅度降低河道的变形。

6.巷道支護效果评价

根据这一支持方案，在航道中每隔25米设一站，设4个站点，对航道的围岩变形进行监测。该方法应用于煤层软岩巷度100m的工业试验。

煤层软岩巷公路的初始变形率高，施工结束50d后，变形量减小，并趋于平稳。在稳定性条件下，巷道底板的变形最大，达到300mm，最小的变形达到70mm，左侧和右侧的变形分别为105mm和120mm。综上所述，通过优化支撑方案，围岩巷整体变形较小，能够满足煤层安全生产的需要。

7结语

为解决矿井大巷围岩破裂、稳定性差的问题，本文对巷道围岩的变形破坏机理进行了分析，并采用管棚超前支护、注浆补强的技术措施，对巷道施工技术进行了优化。通过对工程实例的分析，证明了这种支护技术能有效地改善巷道围岩的稳定。采用优化巷道施工技术后，巷道的掘进速度得到了显著的改善，表明方案的合理性。

参考文献：

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[2]杨晓杰，娄浩朋，崔楠，等.软岩巷道大变形机理及支护研究[J].煤炭科学技术，2015，43（9）：1-6.

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刘伟（1988.7），男，汉族，籍贯甘肃定西，防灾科技学院，助理工程师，学士，淮北矿业集团祁南煤矿234000研究方向：矿井设计及巷道支护