＊武 权

（山西宁武榆树坡煤业有限责任公司 山西 036000）

引言

深部回采巷道支护是当前巷道支护的难点问题之一，在掘进巷道和服务期间，回采巷道容易出现大变形问题，巷道稳定性受到的地质条件等外在影响较多，若支护设计不够科学合理，将进一步影响到巷道围岩稳定性，特别是围岩强度若偏低，巷道实现自我稳定的难度较高，在采动影响、地应力等因素的影响下，容易出现较强的矿压显现，严重影响到矿井正常生产。因此，对榆树坡煤矿2202工作面回采巷道支护存在的问题及返修控制措施进行分析，对保证工作面支护稳定性和有效性有着较为重要的意义。

1.工程概况

榆树坡煤矿2202综采工作面位于2#煤二采区。工作面标高为1104～1150m，埋藏深度为320～416m，煤层平均厚度4.45m。工作面倾斜长度202m，可采走向长度672m，可采总面积135744m²，地质储量887969t，可采储量825811t。直接顶为泥岩，平均厚度0.6m；老顶为细砂岩，平均厚度8.40m；直接底为砂质泥岩，平均厚度2.81m，老底为粗沙岩，平均厚度6.279m。从现场勘察情况来看，巷道整体所处地质条件较为复杂，含水量相对较大，裂隙发育较多，整体结构性较差，承载能力不足。回采巷道设计采用锚网梁支护方式，锚杆支护参数为直径20mm，长度2.2m，间距和排距均为0.8m。锚索支护参数为直径17.8mm，长度7m，间距为2.4m，排距为0.8m。从巷道掘进情况来看，整体出现了较大的变形破坏，特别是顶板整体呈现出松散破碎状态，稳定性控制难度较大。

2.回采巷道变形破坏特征

从巷道整体变形破坏的情况来看，巷道围岩变形主要表现在三个方面：首先，巷道围岩整体出现了较大的变形，变形速度相对较快。特别是在开掘的初期，巷道整体明显收敛，两帮的收敛量达到了0.5m，每天的平均移近量接近5cm，顶板和底板的相对移近量超过了0.4m，每天的平均移近量接近4cm，不论是变形速度还是变形量均超过了规定范围。其次，巷道顶板整体表现出较大的破坏，平整性不足的问题明显，很多地段出现了明显的“网兜”。第三，巷道围岩稳定性不足的情况较为突出，虽然对巷道进行了支护，但是巷道仍旧出现了明显的变形，这表明巷道稳定性控制的难度偏高。

3.围岩岩性探测及松动圈测试

本次通过选择使用钻孔探测仪的方式，对巷道围岩出现的变形破坏的实际范围进行了研究，对巷道围岩进行了针对性的探测与分析，得到了不同深度的钻孔窥探图，见图1。从图1可知，在0.8m的范围内，巷道顶板整体出现了较大的变形，其中的裂隙也非常多，整个围岩较为破坏，在0.8m到6.3m的范围和7.5m到9.5m的范围，巷道围岩的整体性相对较好。在6.3m与9.5m的位置有煤线。在9.9m到12m的范围内，围岩整体的完整性相对较好。

图1 不同深度钻孔窥探图

同时，又设计采用围岩松动圈测试仪，对整个巷道两帮稳定性进行了全面的探测，设计探测深度5m，测试情况见表1所示。

表1 巷道围岩松动圈测试结果表（单位：m）

从表1可知，通过本次松动圈测试，因为巷道节理裂隙发育较多，特别是原支护设计和围岩表现出不耦合，导致围岩出现了较大的松动圈。在与掘进头相距离40m的围岩，表现出的松动圈范围与80m的围岩相比，整体非常小，巷道围岩表现出较强的流变性，特别是下部的范围相对于上部范围要小，导致这种情况出现的原因主要是因为在巷道的上部有水层影响，围岩在水层的影响下出现了崩解，承载能力下降明显，变形的速度随之增加。

4.巷道围岩变形破坏机理

从巷道出现的非线性大变形来看，导致变形出现的因素相对较多，整体结果是多种类型因素综合作用的效果。变形破坏的主要机理体现在4个方面：

首先，巷道围岩中包含的裂隙较多，围岩承载极限偏低，特别是多数地段围岩质地偏软，整体的承载性能较差。巷道开挖后，巷道围岩压力集中性明显，围岩中的裂隙范围发展也较多，围岩强度相对于先前也更大，整体的变形量也更为明显。

其次，地质构造产生的负面影响突出，从现场勘察来看，巷道开拓范围内，有多处存在地质构造，尤其是在巷道的左右两帮处，出现了显著的剪应力破坏问题，这表明这些位置承受的剪应力整体较为突出，而这类岩体自身又有着较为明显的节理裂隙发育，导致岩体出现了更为明显的膨胀变形。特别是巷道支护又不够及时有效，导致顶板围岩出现了明显的局部冒落，这也是现场出现较多“网兜”的主要因素之一。

第三，巷道受到地下水的影响较大，特别是在开采扰动下，裂隙发育范围更大，将含水层导通，在巷道围岩中出现了淋水，围岩承载效果下降，围岩移动变形的速度提升。

第四，巷道在支护时，整体耦合度相对较低，整体出现了较大的变形问题，这表明原支护中使用到的锚索、锚杆支护与围岩整体没有形成耦合支护效果，尤其是巷道出现的刚度支护不耦合的问题，在巷道围岩较大变形的情况下，巷道并没有得到有效支护，导致有较大的变形问题出现。

5.巷道返修耦合支护分析

为了最大限度的控制巷道围岩出现的大变形破坏问题，根据两帮松动圈测试、顶板岩性探测的结果，本次在返修时，重点提升返修方案的耦合性，设计采用了“锚杆（锚索）+槽钢+W钢带”的复合支护方案。

(1)返修耦合支护机理

通过使用锚杆支护，对巷道浅部围岩进行有效支护，通过锚索作用，实现对深部稳定围岩承载能力的有效调动，实现支护强度的有效耦合。其次，选择使用W钢带、钢筋网及锚索托盘的方式，不但可以提升支护体刚度，能够将围岩中储存的能量得到有效释放，降低表面应力对巷道围岩产生的破坏，推动实现刚度耦合。此外，通过W钢带将槽钢与锚索、锚杆等连接起来，推动巷道围岩和支护体形成一个完整结构，在巷道围岩中形成一个闭合的支护结构。

(2)支护参数设计

首先，从本次顶板岩性测试来看，顶板在10m以上的位置，整体完整性较好，而根据原支护可知，锚索原支护长度为7m，这表明锚索并没有打设到深部稳定岩层中。从本次松动圈范围来看，深度平均超过了2.3m，但是原来支护中选择的锚杆支护是2.2m，锚杆支护的实际效果不佳，不能有效保证巷道整体稳定性。在本次返修时，为了更好保证围岩支护效果，对于锚杆、锚索的支护长度应当加长，确保锚索、锚杆均可以深入到深部稳定围岩中。特别是在地质条件相对较差的位置，可通过加大锚索支护密度的方式，更好提升挤压加固的效果。此外，在本次返修支护时，为了提升锚杆和锚索的整体支护效果，本次增加了让压环，更好提升支护质量。

其次，对于支护所用的网片，本次优化选择使用强度更高的钢筋网，更好增强支护系统的支护刚度。

第三，对于顶板锚索在支护时，选择使用内部为木托盘，外部为铁托盘的方式，形成复合托盘，将柔性变形空间预留出来，对部分变性能有效吸收，可以降低表面出现应力集中的问题，更好保证巷道完整性。

第四，在巷道的两帮和顶板设计采用W钢带，锚索在支护时，增加了槽钢连接，在支护体中形成梁支护结构，增加锚杆、锚索支护的整体效果，严防出现塑形大变形问题，更好推动围岩和支护体实现刚度耦合。

巷道具体支护参数见图2所示。

图2 巷道返修支护设计图

(3)巷道返修支护效果

为了掌握返修支护方案，是否有效控制了巷道稳定性，对巷道在返修之后的稳定性情况进行了监测。巷道顶板和底板移近量和两帮的相对移近量见图3所示。

图3 返修巷道围岩位移曲线图

从图3可看出，在巷道开挖7～10d的范围内，巷道围岩整体出现了较快的变形，该阶段巷道围岩的变形量占据到总变形量的60%。在施工的10～20d，巷道围岩变形量在不断提升，但是变形的速度相对于先前有了下降，变形量占据到总变形的25%。最后是趋于稳定阶段，表明巷道支护达到了耦合，整体的变形较小，稳定性明显提升。从图3可知，巷道围岩整体的稳定性得到了控制，满足了巷道正常使用的要求。

6.结束语

综上分析，深部回采巷道稳定性问题是制约巷道稳定性的重要因素，从当前深部回采巷道围岩控制来看，传统的巷道支护方式在很多方面已经不能满足支护要求，在具体返修支护的过程中，需要充分发挥出围岩的自承能力，提升支护体和围岩之间的耦合性，才能更好保证围岩稳定性。