林具雷
身份证号码：32032219801006**** 江苏省 徐州市 221611
摘要： 徐庄煤矿东九采区下山巷道变形量大，表现为全断面来压，尤其以帮部的变形较为严重。通过分析巷道变形机理了解巷道破坏诱因和规律，为采取针对性治理方案提供理论支持。治理该方案以“全断面协同承载”为核心控制理念，形成顶区“护”，提高整体性，保安全：帮部“限”，控制两帮位移，提高支护效能：巷道底板“控”，约束帮部挤压变形向底板传递：防止薄弱环节（留的底煤）受顶板垂直压力发生横向碎胀导致底板发生水平挤压剪涨鼓起，切断帮底角部位的水平向内推移。研究取得的创新性成果对矿区内其它矿井复杂动压叠加巷道设计和修复具有示范作用和推广价值。
关键词：巷道；变形机理；治理技术；支护优化
1导言
徐庄煤矿地质条件复杂，断层发育，开采应力水平较高，由于受7#、8#煤层工作面采动影响，造成三条下山及相关联络巷等巷道顶板下沉，两帮喷层多处开裂、片帮，巷道底鼓变形，影响行车行人安全，虽多次修复，上述问题仍重复出现。
徐庄矿东九三条下山坡度为17度，斜长约为2100米，2014年共修复2291米，占到全年修复量的50%，其中因东九猴车道整条巷道是在煤层中，损坏最为严重，局部重复多次修复，另外各甩道均有修复。从东九猴车道上口到下口，巷道顶板整体下沉，工字钢变形严重；两帮喷层多处开裂，护表金属网撕裂，片帮严重；巷道底鼓变形，已不能满足猴车正常运行要求，导致局部生产系统瘫痪，给矿井的安全生产和行人的生命安全带来了很大的威胁。
2巷道变形诱因及破坏机理研究
2.1孤岛区域致使静压力集中
徐庄矿东九采区行人、轨道、皮带三条下山位于一个长条形煤柱中，随着两侧工作面交替开采逐渐形成孤岛区域，在巷道的服务期间受多次工作面推移过程中的超前支承应力影响，采动影响较大，造成巷道维护困难。
2.2复杂采动致使动压显现强烈
煤层开采过程中，采场周围的岩体应力分布发生变化，围岩应力的动态变化导致采场周边围岩出现应力集中区与降低区，从而引起采场附近的底板巷道围岩应力再分布以及发生不同程度的变形。
工作面回采对东九行人下山产生的影响主要体现在采动应力与巷道围岩垂直应力耦合，改变巷道各向等压的受力状态。随着工作面的推进，采空区顶板垮落压实，以工作面推进方向的顶板应力分布情况应力分布状态可分为3个区域，分别为：应力降低区、应力增高区和应力不变区。
2.3支护方式不合理
巷道原支护结构不能承受采动影响，现场据钻孔窥视仪观测两帮松动圈范围在1.7~2.0m之间，而原修复方案中使用2米端锚锚杆无法将锚固段固定在完整的岩体中，无法阻挡巷道的变形，也未将浅部围岩与深部完整岩体形成一个整体。
原有支护方案对巷道的底角和底板一直没有采取有效的支护措施，当巷道的顶帮压力较大时，造成巷道底板围岩出现应力集中，巷道底板产生显著塑性变形和剪切破坏，出现碎胀、弯曲、流变等变形或破坏，表现出较强的底臌现象。
3巷道治理技术研究
3.1锚杆桁架方案
围岩相对稳定区域：若围岩相对完整，顶板稳定性较好，即顶板没有较大的离层大变形，同时两帮具备打锚杆的条件，则采用顶板桁架+帮部长短锚杆+十字铰接梁的联合控制方案。
顶板桁架与锚索：顶板采用桁架托顶，钢带全部按照横向一排安设，起到支护作用，依靠巷道跨度方向上的不同点位移差，形成强化梁结构，支护顶板。
顶板桁架锚索安设位置分别距离上帮角500mm，带30°外扎角向顶板施工，确保桁架锚索的生根点位于巷道帮部煤体内部不小于1.5m深度，钢绞线规格为Φ17.8×7.7m（孔深度6000），桁架锚索分别穿过穿过孔间距为2.7m的3.0 m长20#槽钢梁。每排桁架中间位置布置一套预应力单体锚索，单体锚索在巷道正中间，距离两帮1850mm，钢绞线规格为Φ17.8×6.2m。具体位置参数见（图2、3）。锚索每孔采用1支MSK2560、2支MSZ2560树脂药卷加长锚固，以保证锚固效果。锚索预紧力80kN，锚固力不低于280kN。
巷道顶板采用5根M22-Φ20×2800mm长左旋无纵筋螺纹钢等强锚杆，锚杆间距800mm、排距600mm，每孔采用两节MSZ2560中速树脂药卷加长锚固，顶部中间3根锚杆垂直岩面施工，顶角靠近帮部锚杆带15°外偏角度施工（开孔距巷道帮部250mm）；顶部锚杆预紧力要求不小于80kN，锚固力不小于200kN；锚杆托盘规格120×120mm，厚度10mm。
3.2帮部走向锚索桁架强化方案
若围岩相对完整，顶板稳定性较好，帮部控制较难，可以在顶板锚杆桁架方案外加帮部走向锚索桁架。巷道修复时机根据矿压观测结果，暂定于邻近工作面采动影响稳定区。
帮部防片漏，整体护面，采用长短锚杆交叉布置，增大有效支护宽度，提高帮部承载体厚度与面积，防止切底，减缓底板压剪型底鼓。长短锚杆2.8m与2.2m锚杆交互使用，锚杆0.6m排距；十字交叉钢筋梁护表。
巷道帮部采用4根锚杆支护，其中上部三根锚杆采用M22-Φ20×2800mm与M22-Φ20×2200mm长短左旋无纵筋螺纹钢等强锚杆间隔布置，间距800mm、排距600mm，每排最上一根锚杆带15°上偏角度施工（高帮开孔距巷道顶部250mm，低帮开孔距巷道顶部150mm）；每排帮部最下一根锚杆（即第四根锚固）采用M22-Φ20×3500mm，带30°下偏角度施工（高帮开孔距巷道底板300mm，低帮开孔距巷道底板200mm）。每孔采用两节Z2560中速树脂药卷加长锚固。锚杆托盘规格120×120厚度10mm。
在巷道帮部钢带采用十字交叉布置钢筋梯子梁，配合金属网护表，钢筋网采用GB 13788Φ6mm冷轧带筋电弧焊接，或菱形金属网，网片规格为2.8×1.3m，金属网搭接处用锚杆托盘压实，其余托盘间用10＃铁丝间隔200mm联网，提高锚杆的整体作用效果。
3.3底板剪切滑移型底鼓治理方案
底板底角锚杆，侧向生根切断底板剪切滑移，防止底板发生底鼓；该巷道主要底鼓机理：薄弱环节（留的底煤）挤压剪涨型致底鼓机理，即顶板垂直压力导致帮底角煤层竖向压缩而横向碎胀，由于横向碎胀导致底板发生水平挤压剪涨鼓起。治理关键是切断帮底角部位的水平向内推移。
4结语
通过研究复杂采动影响下动压巷道表现出的变形破坏特征，提出过程控制的巷道围岩强度强化和承载结构强化的控制理念及技术，形成以“顶板桁架+底板长锚杆+帮部长短锚杆”为核心技术的巷道围岩强化控制方案。对徐庄煤矿或大屯矿区复杂动压叠加巷道的支护设计有重要的借鉴意义。项目成果应用后，根据巷道前期变形破坏规律，每年至少需要修复一次，单次修复费用为1500m×4820元/米=723万元，采用了优化后的修复强化方案后，预计在巷道后期服务期4年以上，可以节约直接成本723万元×4=2892万元。还可以恢复矿井破坏的生产系统，取得显著的社会效益，该项目研究取得的创新性成果对矿区内其它矿井复杂动压叠加巷道设计和修复具有示范作用和推广价值。
参考文献
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