本文以中煤平朔集团井工一矿为背景，对井工一矿9煤地质构造影响区域巷道围岩进行围岩强度原位测试和围岩结构观测工作，判断初始支护设计方案的合理性，总结工作面回采期间巷道矿压显现规律。选择井工一矿9煤强烈动压影响巷道（19110辅运巷）进行支护参数优化设计与井下工业性试验。同时，根据地质构造影响区域的围岩条件，提出地质构造影响区域的加强支护方案，确保巷道服务期间的巷道安全。
根据巷道掘进期间和回采期间的巷道矿压综合监测结果，现有的井工一矿9煤19110辅运巷矿压显现均较为稳定，保持了巷道围岩的整体性，没有发生明显的变形与破坏。施工过程中，选取并施加合理的锚杆（索）预紧力是实现强烈动压影响条件下巷道围岩有效控制的关键所在。
平朔矿区各巷道在现有支护基础上，井工一矿巷道支护存在的隐患主要来源于断层、陷落柱、煤层厚夹矸、向斜、背斜等地质构造。因此，根据平朔矿区井工一矿各巷道围岩赋存实际情况，今后需继续研究以各个因素为主导的支护设计，比如：节理层理发育主导的危险区域、高应力主导的危险区域、地质构造主导的危险区域等。
关键字：地质构造；围岩条件；矿压综合监测；支护技术
1.前言
随着平朔井工一矿工作面推采速度的提高，矿井9煤工作面的准备与回采出现采掘接续紧张的局面。以矿井19109辅运顺槽为例，巷道与19108工作面间煤柱宽度为20m。巷道掘进期间，邻近19108工作面正在回采，巷道掘进与工作面回采形成“对掘”，由此对19109辅运顺槽造成强烈的动压影响。巷道掘进期间便出现明显的矿压显现，主要表现为巷道底鼓和煤柱侧帮煤体片落。对于存在地质构造影响的巷道区域，则表现为更为强烈的矿压显现。矿井地质报告显示，19109辅运顺槽掘进时穿越普23孔背斜轴部区域。受地质构造影响的巷道段，在工作面回采动压的作用下，出现严重底鼓和帮部煤体大面积片落，局部甚至出现煤柱侧帮顶角冒落的现象。根据矿井的地质资料预测，19110辅运顺槽掘进时，在距离巷道开口1051-642.5m范围为普23孔背斜-向斜构造影响区域，巷道掘进时同样将面临巷道支护问题。为改善矿井9煤强烈动压影响巷道支护效果，减少巷道服务期间的整体维护量，在保证巷道安全的前提下，实现巷道有效支护，需开展强烈动压影响下回采巷道支护技术研究。
2.围岩强度测试
2.1测点布置
现场对19110辅运巷进行4个钻孔的围岩强度原位测试和6个钻孔的围岩结构观测工作。测试内容、方法与位置如表2-1所示。
表2-1 现场测试工作量与钻孔布置
19110辅运巷断面为矩形，巷道断面宽5.2m，高度3.5m，采用锚索网联合支护。巷道沿9#煤层底板掘进，煤层厚度5.5m-10.7m，巷道平均埋深在 320~370m之间，具体位置如图2-1所示。
图2-1 围岩强度测试及结构观测测站位置示意图
2.2测试结果分析
通过对井工一矿19110辅运巷4个钻孔的煤岩体强度原位测试和6个钻孔围岩结构的观测，得出以下结论：
（1）围岩结构观测结果显示，顶板钻孔揭露的煤岩体主要为顶煤、砂质泥岩和少量砂岩，巷道顶板煤岩体结构相对完整，除少数钻孔局部孔段出现少量的原生裂隙外，巷道围岩完整性较好，未出现明显的空洞和破碎带。
（2）帮部钻孔揭露部分煤层夹矸，局部存在明显裂隙。虽然未出现大范围的裂隙，但整体围岩结构的完整性较顶板围岩差，在巷道掘进过程中应注重对帮部煤岩体的有效控制。
（3）围岩强度原位测试结果显示，巷道顶板煤岩体平均强度集中在20~25MPa之间，直接顶砂质泥岩平均强度25~35MPa，顶板围岩强度受少量裂隙和层间弱面影响明显，煤岩交界面围岩强度曲线波动较大；
（4）顶板钻孔浅部煤体强度相对较低，最小仅4~5MPa，结合钻孔窥视结果显示，个别钻孔浅部存在明显裂隙，导致浅部围岩平均强度偏低。在巷道掘进过程中应加强锚杆安装质量管理，特别是要关注锚杆预紧力的有效施加，确保锚杆支护对浅部裂隙发育煤体的有效控制。
（5）帮部煤岩体强度集中在15~25MPa之间，两个帮部钻孔围岩平均强度分别为21.1MPa和22.2MPa，强度曲线波动幅度较大，测得最小煤体强度10MPa，最大达到28MPa，说明巷道帮部煤体强度受钻孔中节理裂隙的影响程度较大。
3.巷道支护参数优化
19110辅运巷断面为矩形，巷道掘进宽度5.2m，高度3.5m，沿9#煤层底板掘进，顶煤厚度5.5-10.7m。在满足锚杆（索）锚固要求的前提下，采用“锚网索”联合支护，主要支护参数如下：
(1) 顶板支护
锚杆：
锚杆形式和规格：杆体为22#左旋无纵筋螺纹钢筋，杆体屈服强度不低于335MPa，长度2400mm，杆尾螺纹M24×3，螺纹长度150mm。
锚杆配件：采用高强拱形托板配合调心球垫、尼龙减摩垫圈使用。托板采用拱型高强度托板，托板规格为150×150×10mm，拱高不低于32mm，承载能力不低于杆体极限拉断力。
锚固方式：树脂加长锚固，采用两支树脂药卷，一支规格为K2335，另一支规格为Z2360，钻孔直径为30mm，锚固长度1200mm。
护顶构件：采用“双向四肋”W钢护板作为锚杆的组合构件进行护顶。钢护板长度450mm、宽度280mm、厚度4mm。
网片规格：选用菱形钢板网护顶。对于顶板煤体破碎区域，应适当减小钢板网的网格尺寸，避免漏顶。
锚杆布置：锚杆排距900mm，每排6根锚杆，间距900mm。
锚杆角度：均垂直于巷道顶板。
锚杆预紧力：在使用减摩垫圈的前提下，锚杆安装扭矩300N·m。
锚索：
锚索形式和规格：锚索材料为21.8mm，119股高强度低松弛预应力钢绞线，长度7300mm，钻孔直径30mm，采用一支K2335和两支Z2360树脂药卷锚固；
锚索托板：采用300mm×300mm×16mm高强度可调心拱形托板及配套锁具。
锚索布置：每2排锚杆打3根锚索，排距1.8m，间距1800mm，安装角度垂直顶板。
锚索张拉力：300kN。考虑到锚索张拉过程中的预紧力损失，施工时采取超张拉的方式确保锚索的锁定预紧力达到设计要求。
说明：锚索的张拉力达到设计要求300kN，是发挥锚索作用，保证巷道支护效果的关键；在施工过程中，若遇到顶板条件变化，锚索锚固力达不到设计要求时，应及时通知设计单位，以便及时采取相应措施。
(2) 巷帮支护
锚杆：
锚杆形式和规格：帮部锚杆规格形式与顶板相同。
锚杆配件：采用高强拱形托板配合调心球垫、尼龙垫圈使用。托板采用拱型高强度托板，托板规格为150×150×10mm，拱高不低于32mm，承载能力不低于杆体极限拉断力。
锚固方式：树脂加长锚或端锚。树脂加长锚时，一支规格为K2335和一支规格为Z2360的树脂药卷，钻孔直径为30mm，锚固长度1200mm。在锚固力满足要求的前提下，可调整帮锚杆锚固剂数量，降低安装推进难度。
护帮构件：采用“双向四肋”W钢护板作为锚杆的组合构件进行护顶。护板规格为长度450mm、宽度280mm、厚度4mm。
网片规格：采用菱形钢板网护帮。对于帮部煤体破碎区域，应适当减小钢板网的网格尺寸。
锚杆布置：每帮每排布置3根锚杆，间距1200mm、排距为900mm。施工过程中，根据帮部煤体破碎情况，适当调整帮锚杆的位置。对于超高巷道应增加帮锚杆数量。
锚杆角度：除最上部锚杆与水平线成10o夹角外，其它帮锚杆均垂直于巷帮布置。
锚杆预紧力：设计锚杆预紧力矩为300N·m。
锚索：
锚索形式和规格：锚索材料为21.8mm，119股高强度低松弛预应力钢绞线，长度4300mm，钻孔直径30mm，采用一支K2335和两支Z2360树脂药卷锚固；
锚索托板：采用300mm×300mm×16mm高强度可调心拱形托板及配套锁具。
锚索布置：每2排锚杆，每帮布置2根帮锚索，间距2000mm。下部锚索距底板500mm，上部锚索距顶板1000mm。在满足施工条件的前提下，尽量垂直于巷道表面打设，最大夹角不大于10o。
锚索张拉力：设计锚索锁定张拉力300kN。
巷道掘进施工过程中，对于地质构造影响造成的围岩破碎和应力异常区域，应采取“缩小锚杆（索）间排距、增加锚索数量、顶板锚杆护板间增加连接构件”等加强支护技术措施，确保巷道支护效果。
4. 施工安全技术措施
（1）定期进行井下锚杆锚固力拉拔试验，拉拔试验时锚固力不得低于杆体的屈服载荷（直径22mm，屈服强度335MPa的锚杆126kN），每次数量不少于3根。如果发现锚杆实际锚固力与设计值相差较大，必须对锚固参数进行调整和修改。
（2）为了保证施工质量，须对锚杆锚固力进行抽检（10%的比例），抽检指标为顶锚杆锚固力不得低于126kN。发现不合格锚杆，应在其周围补打锚杆。
（3）掘进时形成的巷帮超宽或片帮超宽时，应及时处理，采用补打单体锚杆的方法进行补强。
（4）巷道地质条件发生变化时，应及时通知相关技术部门，根据变化情况调整支护参数并采取应急措施。
（5）施工过程中，每隔50m安装一个顶板离层指示仪进行日常监测。一旦发生异常现象，观测人员应立即报告有关领导，以便采取相应措施。
（6）钢板网（金属网）的连接要求网与网之间的压接宽度100mm，要求每勾必连。护网铺设时应尽量拉平，避免相邻锚杆间的护网外鼓。
（7）张拉锚索时，每次使用张拉装置时要两人协作，张拉油缸应与钢绞线保持在同一轴线上，加压后，工具锚卡住钢绞线方能松手，并用8#铁丝将千斤顶绑在顶网上。操作人员要避开张拉缸轴线方向，以保证安全。
（8）张拉时，发现不合格锚索，必须在其附近补打合格锚索。锚索安装两天后，如发现预紧力下降，必须及时补拉。
5. 结论
（1）巷道矿压综合监测是进行锚杆动态信息设计的关键工作。通过对巷道矿压监测结果的分析，评价巷道支护效果和围岩的稳定状况。同时，通过观测结果判断巷道初始支护设计的合理性，为支护参数的合理优化和设计奠定基础。
（2）采用巷道矿压综合监测系统能对巷道综合矿压进行全面、实时、自动监测，在保证观测数据真实、准备的前提下，全面捕捉巷道矿压动态显现过程，为详细了解巷道矿压显现规律奠定基础。与此同时，巷道矿压综合监测系统的应用，减少了现场矿压监测人员的工作量。
（3）现有的井工一矿9煤19110辅运巷矿压显现均较为稳定，保持了巷道围岩的整体性，没有发生明显的变形与破坏。说明巷道掘进期间矿压显现状况并不剧烈，初始支护形式与参数选取，能够满足矿井9煤巷道的支护需要。在工作面回采过程中，还需对巷道矿压进行继续监测，以判断巷道服务期间的稳定性。
（4）施工过程中，选取并施加合理的锚杆（索）预紧力是实现强烈动压影响条件下巷道围岩有效控制的关键所在。选用合理的锚杆预紧装备（如风动扳手、锚杆倍增器等），可在降低工人劳动强度的前提下，提高锚杆初始预紧力，可以有效控制巷道围岩的初期变形，有效控制围岩的结构变形和承载能力的下降。同时，高预应力强力锚杆锚索支护系统具有较强的抗扰动性，能够成功抵抗服务期间的各种矿压显现。
参考文献：
[1] 康天合,薛亚东,靳钟铭. 基于围岩条件与动载作用的回采巷道锚杆支护设计原则[J]. 岩石力学与工程学报,1996,15（增刊）:571-576.
[2] 高福全,薛吉胜,尹希文. 强烈动压影响下锚网支护巷道矿压显现规律研究[J]. 煤炭科学技术,2015,43(1):28-32.
[3] 王德璋,李俊杰. 动压巷道矿压显现规律及支护技术[J]. 煤炭科学技术, 2011, 39(4):40-43.
[4] 潘卫东,孔德中,李德林,等. 近距离煤层综放回采巷道矿压规律[J]. 煤矿安全,2014,45(7):12-15.
[5] 宋振骐,蒋金泉,宋扬. 关于采场巷道矿压控制设计问题[J]. 山东矿业学院学报,1985,3:1-11.
[6] 范明建.复杂地质构造区域软岩层巷道围岩控制技术研究与应用 期刊论文 《中国矿业》，2018.10.15
作者简介：王书明（1986.02）男；民族（汉族），籍贯：安徽省颍上县；2011年毕业于华北科技学院；现供职：中煤平朔集团有限公司井工一矿；职称：助理工程师；研究方向：强烈动压影响下回采巷道支护技术研究； 身份证号：341226198602281613
论文作者:王书明
论文发表刊物:《工程管理前沿》2019年13期
论文发表时间:2019/12/9
标签：巷道论文; 围岩论文; 锚杆论文; 锚固论文; 顶板论文; 钻孔论文; 强度论文; 《工程管理前沿》2019年13期论文;