急倾斜煤层重复采动沿空软岩巷道不同支护条件下稳定性分析与研究

【摘 要】四川广旺集团有限责任公司赵家坝煤矿矿井地质条件复杂，不但开采的煤层倾角大（平均倾角在55°以上），而且煤层距离近。本文介绍急倾斜煤层重复采动沿空软岩巷道在不同支护条件下的变形破坏特征，采用有限分法计算程序FLAC4.0进行数值模拟分析，结合分析结果得出巷道最优支护方案，解决急倾斜煤层重复采动沿空软岩巷道支护难题。

【关键词】急倾斜煤层 沿空软岩巷道 不同支护 稳定性分析

四川广旺集团有限责任公司赵家坝煤矿目前有8#、9#、10#、11#、12#五层煤可采，其中9#煤层回采巷道在开掘过程中巷道变形破坏严重，部分区域顶底板移近量接近1m左右，两帮煤岩体松散破碎。加之采用沿空留巷的方式进行采面布置，即上一区段工作面的运输平巷留作下一区段工作面的回风平巷，沿煤层布置的回采巷道至少要受到两次采面回采的影响，巷道稳定性维护极其困难，严重影响正常生产，巷道支护难度大，必须需求新的支护方案以解决巷道支护难题。

1 原主要支护方式及巷道稳定性

采取的支护方式有工字钢架梁支护和锚网支护，随着应力的显现巷道首先从底板开始变形，出现底臌，继而引起帮脚失稳，最后导致顶板下沉；同时巷道出现应力显现时发生锚杆锚索受到剪切失效，巷道帮顶出现较大变形。

2 单纯锚杆支护巷道变形破坏分析

通过数值模拟分析，单纯锚杆支护后，巷道周边水平应力释放范围明显减少，但相对锚索支护而言，效果不如锚索支护，两帮低应力范围减小幅度较未支护时大，底板影响范围变化不大；巷道围岩垂直应力（图1所示）亦有所增大，且可以看出，右帮上部位置应力值明显增加，大部分锚杆均锚固在零应力值范围之外，这说明锚杆对提高巷道浅部围岩应力、形成承载结构起到关键作用。单纯锚杆支护下，位移虽有所减小，但减小幅度与单纯锚索支护时相似，对巷道变形的控制不明显，这主要是由于锚杆支护所形成的结构未能得到锚索等的辅助支护，即锚杆形成的小承载拱结构与锚索形成的更大更深层次的大结构未能形成耦合，从而不能达到理想的支护效果。

3 单纯锚索支护巷道变形破坏分析

通过数值模拟分析可以看出单纯锚索支护后，巷道周边水平应力释放范围明显减少，特别是左帮位置低应力影响范围较未支护时有所减小，底板低应力影响范围变化不大；巷道围岩垂直应力值亦有所增大，但增大幅度不明显（图2所示）。

锚索起到将巷道表面围岩锚固到深部岩体的作用，可以看出，在锚索托盘范围内的围岩位移明显减小，而在巷道其他部未被锚固的岩石位移较大，部分地方甚至大于未支护时巷道的变形，这主要是由于锚索在破碎围岩环境的主要起到悬吊作用，即将巷道附近岩体悬吊或固定在该锚索的控制范围内，保证巷道附近结构的稳定性，但是，由于巷道附近小范围未形成结构，所以锚索的作用就没得到明显的发挥，从而导致了巷道的变形破坏。

4 锚杆+锚索+W钢带联合支护巷道稳定性分析

通过数值模拟分析可以看出锚杆+锚索+W钢带支护后，巷道围岩应力明显增大，且两帮和底板的低水平应力影响范围减小，同时，深部围岩水平应力也明显的增大（图3所示）；垂直应力变化特征更为明显，联合支护后，锚杆在锚索的辅助支护下，在巷道的围岩中形成了高应力（4MPa）似拱结构，说明锚杆+锚索+钢带的多介质耦合支护起到了明显的加固作用，其中钢带对巷道表面破碎围岩进行加固，形成浅部结构，锚杆对中部围岩进行加固，形成小承载拱结构，锚索将锚杆、钢带等形成的结构悬吊于深层次的稳定岩层中，形成“大结构”，从而保证了巷道稳定性。

5 结语

（1）根据巷道数值模拟分析，同时结合现场松动圈测试和以往实践经验，得出9#煤层回采巷道采用锚索+强力锚杆（与强力W钢带配合）+网+喷浆柔性支护方式可解决巷道支护难题，通过数值模拟分析不难看出锚索在围岩中形成“外承载圈”，起到悬吊作用，转移与改善巷道附近围岩应力分布状态，另锚杆配合强力W钢带、网和高强度托板，通过把分散的多根锚杆连接起来形成一个整体承载结构，形成“内支护圈”（内承载结构），承担“外支护圈之内围岩压力”，喷浆形成封闭层，防止巷道表面围岩风化与松动掉落，保持锚索与锚杆支护效能。（2）加强锚网支护的强度，采用加大锚索、锚杆的规格，W钢带、锚网支护后喷浆，顶板破碎处注浆等措施。

参考文献：

[1] 杨科，罗勇.急斜煤层煤巷锚梁网支护技术[J].矿山压力与顶板管理，2005（4）.

[2] 董伯林.太平矿急倾斜煤层回采巷道破坏机理与支护研究[D].西安科技大学，2006（9）.

[3] 董方庭.巷道围岩松动圈支护理论及应用技术[M].北京：煤炭工业出版社，2001.

作者简介：康虹（1975―），男，四川蓬溪人，大学，采矿助理工程师，生产技术科主任工程师，现主要从事急倾斜薄煤层开采与急倾斜煤层软岩巷道掘进、支护方面的管理和研究工作。