王强

（山西潞安矿业（集团） 有限责任公司 古城煤矿,山西 长治 046000）

0 引 言

近年来，矿井巷道掘进日益增加，受动压影响巷道控制越发困难1-3]，尤其对于受巷道顶板淋水影响，巷道围岩变形严重[4-6]，亟需寻找一种淋水顶板动压巷道的围岩控制技术，解决顶板淋水造成巷道失稳的问题。国内学者在含水围岩巷道做了大量研究。赵永峰[7]为解决淋水巷道冒顶问题，分析了巷道掘进前期无淋水与后期淋水的围岩变形特征，采用注浆加固+架棚的支护方式，减小巷道的变形；卢恒等[8]通过多种方法结合，得到顶板淋水对巷道塑性破坏加剧，降低锚杆索的锚固力，采用防水锚固剂有效控制锚杆索的失效问题；王俊萍等[9]利用实验室监测含水岩层的化学成分，分析了水岩之间的相互作用，得到开采扰动影响裂隙水的流动，但是水质的影响较小；郑凯凯等[10]对破碎顶板巷道多地点淋水问题，提出了封堵漏水和注浆加固的控制方案，成功解决顶板淋水大的问题，有效控制围岩稳定性。综上所述，大部分顶板淋水巷道多采用加固注浆的方式进行补强，而对于巷道的支护整体性以及提高支护锚固力方面研究较少，因此需要对其进行进一步的研究。

1 概 况

古城矿S1306 工作面布置如图1 所示。S1306工作面南接S1308 工作面，周围无其他工作面。工作面埋深612.11 ～649.23 m，主采3 号煤层，煤层厚度为3.35 ～9.65 m，平均6.05 m；煤层平均倾角为+5°～+8°，属于近水平煤层；S1306 辅助进风顺槽支护布置如图2 所示。S1306 辅助进风顺槽为矩形断面，掘宽5 000 mm，掘高3 500 mm，整体支护方式采用锚网索的控制形式。顶板支护锚杆φ22 mm，长度为2 400 mm，间排距900 mm×1 000 mm；帮部间排距950 mm×1 000 mm；锚索采用φ22 mm×6 300 mm，3-3-3 布置方式，间排距为1 400 mm×1 000 mm，全部垂直安装。3 号煤层顶板受到砂岩水的影响，S1306 辅助进风顺槽受顶板淋水影响支护强度和刚度偏低，导致巷道顶角锚杆出现绷断和局部锚索剪断的现象，因此应结合现场实际适当提高巷道关键部位支护强度和刚度，并合理优化支护方案。

图1 S1306 工作面采掘平面布置Fig.1 Layout of No.S1306 Face

图2 S1306 辅助运输顺槽原支护布置Fig.2 The original support layout of No.S1306 auxiliary transportation crossheading

2 淋水顶板巷道围岩变形规律分析

淋水顶板巷道围岩应力与变形规律和巷道围岩的含水率密切相关，因此，需要对不同巷道围岩含水率条件下，巷道围岩应力与变形规律进行分析。

2.1 模型建立

根据古城煤矿工程地质条件，采用FLAC3D 有限元模拟，考虑边界影响效应，模型尺寸为50 m×5 m×37 m，模型划分189 254 节点和175 000 个单元，如图3 所示。模型为摩尔库伦，沿顶掘巷，支护方式为锚杆（索） 支护；上覆岩层等效面力大小为10.75 MPa。巷道埋深430 m，在原支护基础上，研究巷道围岩含水率为0、0.5%、1%、1.5%、2%、4%、6%时，其塑性区和围岩变形规律。

图3 数值模型图Fig.3 Numerical model diagram

2.2 模拟结果分析

图4 为不同含水率巷道的围岩矿压变化曲线。模拟结果表明，巷道围岩塑性区随含水率的增加，塑性区体积随之变大；最大主应力和剪应力随含水率增加而降低；巷道变形随巷道围岩含水率增大随之变大，两帮和底板的变化幅度远大于顶板。

图4 不同含水率巷道围岩应力与变形规律曲线Fig.4 Curves of stress and deformation lawof roadway surrounding rock with different water content

由巷道的矿压变化曲线综合分析得出，巷道矿压随着含水率变化存在拐点，即当含水率＜1.5%时，巷道围岩应力变小的速度缓慢，巷道围岩变形的增大速度亦是；当含水率＞1.5%时，巷道围岩应力变小的速度加剧，巷道围岩变形的增大速度亦是。

3 淋水顶板动压巷道控制技术与方案

3.1 支护原则

结合S1306 辅助运输顺槽现场条件，按照淋水顶板动压巷道整体支护原则，在分级支护形成顶板多层预应力结构层，整体控制巷道顶板的同时，桁架支护增加锚索的锚固力，使用防水锚固剂和防锈蚀锚杆索，减少锚杆索的锈蚀破断，长短锚索结合分级支护顶板预应力分布如图5 所示，可以看出单独短锚索或者长锚索的预应力范围远小于长短锚索结合的预应力范围。

图5 长短锚索预应力场分布Fig.5 Prestress field distribution of long and short anchor cable

3.2 整体支护优化方案

结合淋水顶板巷道整体支护原理，优化支护方案如图6 所示，顶板支护：一级支护为锚杆，采用MSGLW500/φ22 mm×2 400 mm，间排距为900 mm×1 000 mm；二级支护为短锚索支护，三级支护为长锚索；长短锚索分别采用φ22 mm×7 300（4 300） mm，锚索采用小五花布置，排距为1 000 mm，长锚索每排3 根，间距为1 400 mm，短锚索每排2 根，间距为1 800 mm，短锚索外斜15°，形成桁架支护结构，长锚索垂直打设，并采用钢带连接。帮部支护：锚杆间排距为950 mm×1 000 mm，除帮角以及底角锚杆外斜10°

图6 S1306 辅助运输顺槽支护优化方案Fig.6 Support optimization scheme of No.S1306 auxiliary transportation crossheading

4 现场工业性试验

结合淋水顶板动压巷道整体支护方案，将优化支护方案应用于S1306 辅助运输顺槽，经过现场50 d 的围岩监测，顶底板移近量稳定在141 mm 不变，主要表现在底鼓方面，两帮移近量保持在166 mm 不变，巷道优化支护方案效果显著。

图7 围岩变形曲线Fig.7 Deformation curve of surrounding rock

5 结 论

（1） 根据不同含水率巷道围岩应力与变形规律，得出巷道矿压与巷道围岩含水率存在的拐点为1.5%。

（2） 提出淋水顶板动压巷道整体经济支护原理，分析分级支护作用效果，给出优化支护方案，并在现场实施，最终效果明显。