中国平煤神马集团建井三处 河南省 467000
摘要：随着地下综采工作深度的增加，在综采扰动和地压波动作用下，巷道围岩变形和稳定性大而差，传统的浅层支护方案存在支护效率低、支护强度不足的缺陷，严重影响了综采的安全和效率。通过对巷道围岩破坏原因的分析，发现深井巷道围岩结构的破坏通常是由岩层间的滑动破坏引起的。
关键词：地下煤矿；快速开采；巷道支护结构；优化研究
近年来，随着开采技术的不断提高，开采作业的规范化难度加大，因此，对巷道支护设备和技术也提出了新的要求。固定式单支护设备缺乏机动性和方便性，已不能满足煤矿高强度开采工作的需要。新型支护设备一方面要具备传统支护设备的功能，同时要实现随开挖移动的功能。掘进巷道快速支护平台是一种能满足上述要求的新型支护设备。它是集快速支撑设备和单轨吊车于一体的多功能支撑平台。能满足煤矿工作效率和强度的要求。
1快速支撑平台的功能设计。
掘进巷道快速支护平台由液压支架结构、工作平台和行走机构组成。根据支撑平台的工作流程，在设计过程中保证了以下功能：1）支撑平台能为工人提供工作平台，使工人能在掘进巷道顶面完成相应结构的安装固定等爬坡作业；2）液压支架等动力结构的承载能力能满足设计要求，能为平台和行走机构提供足够的动力；各支撑机构的强度能安全稳定地实现平台和平台荷载的支撑功能；3）结构构件的相互配合应适当。工作平台的移动主要由支护装置的摇杆装置来完成，两者的尺寸应与连接机构完美配合；此外，掘进巷道的尺寸也是支护装置设计的重要参考因素；4）支护平台的宽度可调，即即工作人员可根据实际情况调整平台宽度，调整后的平台结构稳定可靠；5）液压、电气装置的动态参数应与支撑平台相匹配，动力源本身能满足井下使用的要求性能安全稳定。
2巷道围岩变形机理分析
巷道围岩变形机理研究巷道围岩变形机理，确定地下巷道失稳的主要因素，是优化支护结构的前提，本文立足于变形区围岩的实际地质勘探针对煤矿井下巷道围岩，分析了综采作业过程中围岩变形的原因，主要包括以下几个方面：
2.1围岩应力破坏。
在隧道开挖过程中，在隧道围岩扰动和围岩压力波动的影响下，围岩原有的应力平衡状态将被破坏，隧道周围的岩层将出现非均匀对称的应力分布，从而增强了围岩的剪切滑移力综采过程中，顶板岩层被迫分离，导致围岩结构破坏变形。
2.2巷道围岩失稳。
在外界不稳定因素的影响下，地下洞顶岩层结构强度较差，大多处于破碎带中。
2.3支撑强度不足。
在传统的浅层支护方案中，支护区只铺设一层混凝土结构，没有设置锚固措施。在综采过程中，如果区内发生渗水，将导致区内岩层吸水膨胀，混凝土层开裂导致底板拱起变形，在应力挤压作用下产生底鼓。
2.4支撑结构不合理。
巷道围岩支护的目的是保持围岩的残余强度，提高围岩在各种扰动下的稳定性，但由于锚杆固定式支护作用单一，不能对围岩产生足够的支护阻力，极易引起围岩变形岩石、锚杆断裂和围岩坍塌。
3巷道围岩支护方案优化
通过对巷道围岩破坏机理的分析，提出了地下巷道支护的优化方案，即采用高预应力锚索和高强度锚杆相结合的控制方案，在地下巷道围岩变形较大的地方，通过设置u形支架和控制底鼓进行加固支护，同时全断面采用注浆加固支护方案，有效地提高了整体结构强度研究了矿压波动作用下地下巷道围岩的稳定性，具体包括以下几个方面：1）不对称支护。针对地下围岩的非对称剪切变形结构，采用非对称加固支护结构，在易变形的部位搭设u型支护，有效地提高了围岩的抗变形能力。2）高预应力锚索与高强锚杆的联合控制。通过增加预应力值，增加初始支护力，提高抵抗速度，使巷道周围不稳定围岩迅速稳定为刚柔结合的整体结构，通过高强预应力锚索将松散岩体锚入深部稳定岩层中，增强抗扰动能力。3）控制地板。由于巷道底板的底鼓现象多为围岩变形引起的挤压流底鼓，因此采用角锚杆加固新支护结构，利用支护结构底板围岩塑性滑移线实现挤压压力的转移，并对其进行了分析从而控制巷道底板的变形。4）全断面灌浆加固。为解决围岩在失稳状态下的破碎现象，在破碎岩层处采用注浆加固方案，使破碎区围岩形成一个固体连续体，流动的浆液沿支护孔流入锚杆支护系统，形成大深度锚索稳定支护，加强深部稳定岩层的张拉，提高整体支护稳定性。优化后的地下巷道支护结构如图1所示。
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图1优化后的巷道支护结构示意图（单位：nⅡn）
支护时，螺栓直径20mm，长度2400mm，螺栓间距700x700mm，电缆直径21.6mm，长度8000mm，间距1500mm，槽钢支护过程中可采用伸缩拱形支护口。锚杆四段串联，重叠段长度500mm，重叠段预紧力不小于400n·M，采用优化支护结构后，对综采巷道稳定性进行监测。根据实际监测结果，优化后60天内顶板下沉量、底鼓量及相邻两侧不断增大，超过60天后趋于逐渐稳定，最大顶板下沉量约143mm，比优化前减少67%，底鼓量为79%mm，比优化前减少74.6%，两侧相邻距离约为38mm，比优化前减少89.6%，因此，新型巷道支护结构能显著提高综采过程中井下巷道的稳定性。
4结论
1）围岩应力破坏、地质条件差、围岩强度不足、支护强度不足、支护结构不合理是导致综采围岩失稳的最大因素。2）优化后顶板下沉量约143mm，比优化前减少67%，最大底鼓量79mm，比优化前减少74.6%，两侧移动量约38mm，比优化前减少89.6%。由此可知，新的巷道支护结构能够显著提升井下巷道在综采作业过程中的稳定性。
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