回风顺槽巷道变形的机理分析及其治理

高平

（神华神东煤炭集团公司 布尔台煤矿，内蒙古 伊金霍洛旗 017200）

回风顺槽巷道变形的机理分析及其治理

高平

（神华神东煤炭集团公司 布尔台煤矿，内蒙古 伊金霍洛旗 017200）

布尔台煤矿42103回风顺槽受多次动压及上覆煤柱等因素影响，变形严重。文章阐述了42103回顺变形机理，并用FLAC程序对巷道变形进行模拟，采用锚索综合锚网注浆加固技术进行巷道治理，效果明显、有效控制了巷道变形，为42103工作面顺利开采提供了保证，也为类似变形巷道治理提供参考。

巷道变形；注浆加固；强力锚索

1 布尔台煤矿的巷道概况

随着煤层开采深度增加、开采范围扩大，神东矿区布尔台煤矿的巷道地质条件发生了较大变化，出现了松软破碎围岩巷道、二次强烈动压影响巷道等复杂条件。布尔台煤矿42103回风顺槽受到22煤层42102工作面多次动压及上覆煤柱综合影响、巷道变形严重，两帮收敛严重处1.5 m～2.0 m，底臌0.3 m～0.9 m，造成通风、辅助运输受到严重影响，为下一步开采带来很大困难。为保证42103工作面的顺利开采，急需研究巷道变形机理、并对巷道进行治理，也为布尔台其他类似变形巷道治理提供依据。

2 42103回风顺槽的地质条件

42103 回风顺槽上覆基岩厚度296.8 m～338.6 m，从4650m至3535m对应上覆22煤为22103工作面采空区，从3535 m至回撤通道对应上覆22煤为实体煤柱。42103回风顺槽与22煤层间距为33 m～73 m，总体切眼区域层间距较厚，往回撤通道方向层间距逐渐变薄。

42煤在42102-2切眼区域2200 m处分叉，42102-2工作面沿分叉区上分层回采，采高4.5 m，分叉区域夹矸厚度0.3 m左右，往回撤通道方向上下层之间的层间距逐渐变厚，至回撤通道区域上下层之间的岩石厚度25 m左右；巷道变形严重段1500 m～2200m与22煤层间距46m～57m，底板岩性为砂质泥岩、粉砂岩、细粒砂岩至中粒砂岩，岩石普氏系数3.06～7.09，抗压强度30.0 MPa～69.5 MPa，属软半坚硬-坚硬岩石类型；与42煤下分层间距0.8 m～15 m，在上分层煤层底板有一层0.8 m～18 m的砂质泥岩，岩石普氏系数1.88～5.30，抗压强度为18.4 MPa～52MPa，属软弱-半坚硬岩石类型。

3 42103回风顺槽的变形机理分析

根据巷道地质和生产条件，布尔台煤矿巷道出现变形的主要因素如下：

（1）强烈动压：巷道受到22102、22103、42102-2回采工作面采动影响，特别是42102-2回采工作面后方滞后支承压力的影响，是布尔台巷道强烈变形的最主要因素。布尔台煤矿回采工作面采高大、长度长、工作面间20m煤柱小，更加剧了采动影响。

（2）底板岩性：当底板位于软弱砂质泥岩、泥岩时，由于岩体强度低、裂隙发育，其自身稳定性和承载能力较差，受地应力及采动应力作用极易底臌，造成底板失稳破坏。42103回顺巷道变形严重段分岔区域底板岩层普遍为砂质泥岩、泥岩，底板岩体强度低、遇水软化，底板下部为下分层42下煤，煤层单向抗压强度值为5MPa～20MPa，发生底臌有了条件。

（3）地应力：大量实测数据表明，地层浅部的水平应力明显大于垂直应力。水平应力对巷道顶板、底板变形破坏影响明显。42103回顺巷道在软岩和厚煤层中，底板岩层在水平应力作用下（与形成褶曲构造相类似），向巷道空间臌起；底板岩层变形的时间效应突出，底板岩层会出现明显的蠕变变形。

（4）支护形式及参数：对围岩变形影响很大。根据巷道地质与生产条件，选择合理的巷道支护形式及参数，可有效控制围岩变形破坏，确保巷道安全。

4 42103回风顺槽的变形模拟

建模过程中严格按照布尔台矿实际地质状况，建立模型。三维模型的边界条件取为：四周采用铰支，底部采用固支，上部为自由边界。计算中，综合模拟42103回风顺槽受22102工作面回采、22103工作面回采、42102工作面回采、42103工作面采动影响，模拟42103回风顺槽巷道围岩的应力、位移分布情况。

原支护方案下，巷道围岩产生很大变形，且呈现显著的非对称性，锚杆与锚索发生明显的弯折变形。42102工作面前方5 m处巷道顶板下沉88 mm，底臌量累计达到720 mm，新增加底臌量388 mm；正帮累计最大变形量达到755 mm，正帮新增变形量230 mm；负帮累计最大变形量达到637 mm，负帮新增变形量322mm。

治理方案包括：帮臌处扩帮、围岩喷浆、注单液水泥浆、支护、注化学浆等。施工顺序为：围岩喷浆→两帮高压水泥注浆→两帮锚索支护→锚索孔补充注化学浆→顶板打强力锚索→顶板注化学浆。

6 施工前后的效果对比

采用数字全景钻孔窥视仪，对注浆加固前后效果进行检测。图1是副帮窥视结果，图2是正帮窥视结果。由图可见，水泥浆已经充填到细小的裂缝，将破碎煤体粘结起来，注浆效果良好。施工结束后，安装顶板离层仪及锚索应力计，对巷道表面位移进行观测，巷道无变形。

图1 副帮加固前后效果钻孔窥视图

5 42103回风顺槽的治理方案

根据布尔台煤矿巷道围岩地质与生产条件及目前采用的巷道支护方式，采用高强度锚杆、网片，高预应力、强力锚索，必要时配合注浆加固，是较合适的巷道变形治理方法。

5.1 复合区变形段治理方案

副帮、正帮、顶板采用高强度锚杆、网片，强力锚索联合支护：（1）副帮帮臌处需先放网包，重新补挂网，再使用“锚索+Ω钢带”联合支护。（2）正帮帮臌处需先放网包，重新补挂网，再使用“锚索+皮带”联合支护。（3）顶板补强支护采用“锚索+Ω钢带”联合支护。

5.2 分岔区变形严重段治理方案

图2 正帮加固前效果钻孔窥视图

7 结束语

通过施工结果证明，布尔台动压变形巷道采用注水泥浆液配套强力锚索支护工艺有效地治理了巷道的继续变形，为42103工作面开采提供了可靠保证，并为类似变形巷道治理提供参考。

Air Return Gateway Mechanism Analysis and Control of Roadway Deformation

GAO Ping
(Buertai Mine,Shenghua Shengdong Group,Ejin Horo Banner,Inner Mongolia 017200)

The severe deformation of the No.42103 return air gateway in Buertai mine is caused by multiple dynamic pressure and overlying pillars.The paper presented deformation mechanism and simulated the deformation with FLAC.Anchor-mesh grouting reinforcement was effective in deformation control.The technology could ensure the smooth production and provide the reference for the control of similar deformation.

roadway deformation;grouting reinforcement;powerful anchor

TD322

A

1672-5050（2012）11-0068-02

2012-06-19

高 平（1980—），男，内蒙古鄂尔多斯人，大学本科，助理工程师，从事煤炭开采工作。

徐树文