动压巷道围岩变形规律及控制技术研究

尚 健

（山西潞安工程有限公司，山西 长治 046100）

煤矿巷道掘进后处于应力平衡状态，当受到周围的采动影响时，原有的平衡状态被打破，会出现应力集中，导致巷道围岩应力增大出现变形破坏，多数巷道受多次动压影响后反复维修，甚至一些巷道多年后才能稳定下来。我国常采用锚网索支护、注浆加固等方式提高动压巷道稳定性，虽然取得了一定的效果，但是动压对巷道的影响周期长，支护技术还有待进一步优化。

1 工作面概况

常村煤矿21150工作面位于第二水平21采区东翼，埋深约750～900m左右，西侧为21采区三条下山煤柱，东侧为F16断层煤柱，工作面上部为已回采的21132工作面，下部为未回采的21170工作面。工作面主采3#煤层，平均厚度6.05m，煤层赋存稳定，顶板由粉砂岩和中砂岩构成，底板由细粉砂岩构成。工作面回风巷和运输巷掘进后受动压影响，变形破坏严重，因此，需要采用合理的支护措施提高巷道的稳定性。

2 动压巷道围岩变形监测

2.1 监测点布置位置

在21150工作面运输巷掘进至450m、550m位置处分别布置两个测点，测点编号为1#、2#，监测工作面每回采20～30m期间动压巷道围岩变形量。在运输巷掘进至700m、800m位置处分别布置两个测点，测点编号为3#、4#，监测工作面运输巷受动压影响下巷道围岩变形量。

2.2 监测结果分析

（1）1#监测点结果

在21150工作面运输巷掘进至450m布置1#监测点，监测结果如表1所示。

表1 1#监测点监测结果

根据1#监测点监测结果，得到巷道围岩累积变形量，其结果如图1所示。

图1 1#监测点巷道围岩变形累积量

（2）2#监测点结果

在21150工作面运输巷掘进至550m布置2#监测点，监测结果如表2所示。

根据2#监测点监测结果，得到巷道围岩累积变形量，其结果如图2所示。

图2 2#监测点巷道围岩变形累积量

表2 2#监测点监测结果

（3）3#监测点结果

在21150工作面运输巷掘进至700m布置3#监测点，监测结果如表3所示。

根据3#监测点监测结果，得到巷道围岩累积变形量，其结果如图3所示。

（4）4#监测点结果

在21150工作面运输巷掘进至800m布置4#监测点，监测结果如表4所示。

图3 3#监测点巷道围岩变形累积量

表3 3#监测点监测结果

表4 4#监测点监测结果

根据4#监测点监测结果，得到巷道围岩累积变形量，其结果如图4所示。

图4 4#监测点巷道围岩变形累积量

2.3 动压巷道围岩变形规律

由不同监测点监测数据和累积围岩位移图可以得到动压巷道围岩变形的规律，分为3个阶段：

（1）超前变化阶段。当工作面回采至超前观测点20～70m位置处，运输巷围岩就已经开始出现蠕变，变形速率慢且变化不明显，巷道两帮围岩要先于顶底板变形。

（2）同位变化阶段。当工作面回采至监测点位置时，运输巷围岩变形量大且变形明显，两帮移近量趋近于峰值，顶底板移近量不断增大。

（3）滞后变化阶段。当工作面回采至监测点后40～60m位置时，运输巷顶底板移近量滞后于推进位置，在该区域内变形量达到最大值，两帮移近量开始减小。

3 动压巷道围岩控制技术

3.1 锚网索支护

21150工作面运输巷顶帮采用锚网索支护的方式，顶板和帮部锚杆均采用Φ20×2000mm高强度螺纹钢锚杆，锚杆间距为800mm，排距为1600mm。锚网全断面挂网，网间搭接100mm，用14#铁丝联网间距为：每隔一孔联一扣。锚索使用Φ18.9mm的钢绞线制作，长度为6500mm，间距为1600mm。树脂药卷采用Φ23×500mm树脂锚固剂，每根锚索3块药卷。锚网索支护示意图如图5所示。

3.2 二次注浆加固

由于21150工作面运输巷受动压影响围岩变形破坏更加严重，需要对巷道围岩进行二次注浆加固。沿着巷道轴向共布置5个注浆孔，巷道注浆长度60m，孔径为85mm，孔深4.5m。工作面回风巷注浆液选用水泥单浆液，水泥为P.S32.5R普通硅酸盐水泥，W/C=0.45～0.5，掺加少量水玻璃，提高浆液的流动性及和易性。水泥水灰比为2:1、1:1和0.75，注浆液水玻璃选用浓度为35～42Bé，水泥和水玻璃比例为1:1。

注浆开始应缓慢升压，正常为0.5～1.0MPa，终压为2.0MPa。当观测围岩相对位移达到30mm时，表明围岩1.5m范围内已产生了松动裂隙，此时注浆为最佳时机，其浆液有效扩散范围将达到2m左右。

图5 锚网索支护示意图

3.3 支护效果检验

21150工作面运输巷采用锚网索和二次注浆加固后，对支护效果进行检验。通过在巷道设监测站，监测巷道围岩变形量。根据监测结果可知，支护后巷道围岩变形量和变形速率都有了明显的减小，顶板最大下沉量为150mm，两帮最大移近量为700mm。由此可知，支护取得了良好的效果，保证了巷道的稳定性，有利于工作面的安全回采。

4 结论

（1）以21150工作面运输巷动压巷道为研究对象，通过在运输巷掘进至450m、550m、700m、800mm布置4个测点，监测动压巷道围岩变形规律。通过监测结果可知，动压巷道围岩变形规律可以分为超前变化阶段、同位变化阶段、滞后变化阶段，围岩最大变形量为600mm。

（2）针对21150工作面受动压影响围岩变形破坏严重的问题，提出采用锚网索+二次注浆加固的措施对巷道进行支护，设计了支护参数和注浆参数，支护后巷道围岩变形量和变形速率都有了明显的减小，取得了良好的效果。