深部矿井跨采上山高强稳定型支护技术探讨

朱慎强

（淮北矿业集团公司 桃园煤矿，安徽 宿州234116）

淮北矿业集团公司桃园煤矿座落在安徽省宿州市南北杨寨乡境内, 矿井于1995 年11 月份正式投产,1996 年即达到90 万t 的设计生产能力,矿井主采煤层有52 煤、72 煤、82 煤和10 煤4 层,按两个水平7 个采区布置开采。 由于对跨采工作面回采影响范围内的巷道破坏大。目前，由于动压影响下的巷道支护难题没有从根本上得到解决，动压影响巷道大量变形破坏。 为解决这一难题,从而保证了工作面回采后大巷的安全使用，提出深部矿井跨采上山高强稳定型支护技术。

1 桃园煤矿跨采上山巷道支护存在的问题

桃园矿Ⅱ4 采区轨道上山位于煤层底板，距煤层7m～30m，上部煤层开采过程中，底板巷道一般都受到强烈的采动影响，工作面回采后，Ⅱ4 采区轨道上山将遭到严重破坏，甚至无法继续使用，巷道维护难度极大，类似巷道经常3～6 个月修复一次，因此迫切需要解决跨上山开采的巷道支护技术难题。

2 深部矿井跨采上山支护状况

通过已有的工程实践表明，许多情况下，现有巷道围岩控制技术仍不能有效地控制高应力软岩巷道的强烈变形，其原因主要有三个方面：

1）现有支护技术大多不注重对承载结构性能的分析，在围岩表面或在围岩浅部形成的承载结构往往在结构上不稳定，难以控制围岩的强烈变形。无论是棚式被动支护，还是锚网索注等主动支护，现有支护都是在围岩表面或在围岩浅部形成具有自稳能力的承载结构，而且大多可以归结为梁结构和拱结构。 控制高应力软岩巷道围岩的强烈变形，要看在特定的围岩条件下，承载结构能否可靠形成，承载结构结构上是否稳定。

2）在进行高应力软岩巷道支护时，现有支护技术不能及时根据巷道围岩条件的变化，采用合理的支护技术，往往存在很大的盲目性。高应力软岩巷道围岩从稳定到不稳定，采动条件从不受开采影响到支承压力叠加作用，巷道断面从5～6m2到10～12m2等等，由此引起的矿压显现十分悬殊，但不少煤矿的支护方式和支护参数却变化不大，现有巷道支护技术很难适应高应力软岩巷道围岩大变形。如果采用某种单一的支护方式，要么造成巷道围岩变形难以控制，要么造成巷道支护成本居高不下。

3）对高应力软岩巷道的支护和维护对策研究不够。不少煤矿往往在某种支护方式失效后，改用另一种支护方式，结果不仅两种支护方式的支护性能都难以发挥，巷道支护成本居高不下，而且巷道支护效果很差，严重影响煤矿的安全生产。

3 跨采上山高强稳定型支护技术

国内外在高应力软岩巷道围岩控制机理及技术方面进行了大量的研究工作。已有研究结果表明，围岩愈松软，支护阻力控制围岩变形的作用愈大，控制高应力软岩巷道围岩变形，支护应具备高阻可缩特性，并开发了相应的围岩控制技术，如高阻可缩U 型钢壁后充填技术、新型锚注支护技术、高强预应力锚杆支护技术等。 这些支护理论及技术的研究，极大地促进了高应力软岩巷道支护问题的解决。

高阻可缩U 型钢棚支护在高应力软岩巷道中大量使用。已有研究结果表明，U 型钢壁后充填可使支架整体承载， 实现围岩-充填体-支护结构三者共同承载的力学体系，大幅度提高支架工作阻力，发挥围岩的自承能力。 进一步研究结果表明，由于巷道周边围岩的破裂和极不均匀变形，U 型钢壁后充填后，支架仍承受不均匀载荷作用，但支架由局部承载变为整体承载，大大提高了支架整体的结构稳定性。（如图1）

在高应力软岩巷道中，锚网支护难以形成稳定的承载结构，由此导致的顶板事故时有发生。高阻可缩U 型钢棚易于形成良好的承载结构，可提供较高的支护阻力，对破碎围岩的护表效果好，但其承载性能不适应高应力软岩巷道的移动变形特点，支架结构上易失稳，而且恶劣的支护围岩关系会大大降低支架的整体承载能力。因此应根据结构的失稳类型采取相应的结构补偿措施， 以提高支护结构的整体稳定性，发挥和提高支架的整体承载能力。

对于高应力软岩巷道，将多种不同性能的单一支护耦合为统一的支护体系，保证支护—围岩以及不同支护间的协同作用，充分发挥各种支护的优越性能，保证整个支护—围岩结构的稳定性，最终达到有效控制高应力软岩巷道变形的目的。耦合支护的关键是如何将不同性能的单一支护耦合为一个整体， 它不同于以往的复合支护或联合支护，如棚—注—索耦合支护中通过耦合装置将锚索与U 型钢棚耦合为一体，通过合理布置锚索及其耦合装置，可以显著改善支架各部位承载性能的巨大差别，同时棚式支护的良好护表性能发挥了锚索支护有效控制围岩变形的能力，使整个支护体系的承载性能与围岩的变形特征相适应，形成本质上安全、支护阻力大、结构稳定的支护-围岩承载结构。

4 结论

1）揭示了动压影响下底板巷道的变形破坏机理，创造性提出了支护承载结构补偿原理及其机制，能够有效地控制动压影响巷道的围岩变形。

2）动压影响巷道的支护难题是矿区需要很好解决的支护难题之一解决不同围岩条件下动压影响巷道的支护难题，经济效益显著，有利于矿井实现安全高效生产。

3）解决不同围岩条件下动压影响巷道的支护难题，可以从整体上把握巷道合理支护技术，对较好地解决巷道支护难题具有积极的指导意义。