掘进巷道围岩压力实测及支护设计优化研究

•煤电技术研究•掘进巷道围岩压力实测及支护设计优化研究张宏伟(西山煤电(集团)有限责任公司官地煤矿，山西 太原030022)【摘 要】 本文以官地矿掘进巷道12609正巷工作面的实际情况为工程背景，通过现场实测的方法，实测了巷 道围岩松动圈范围、巷道变形量和巷道锚杆受力，并对巷道原支护方式进行优化,得到如下结论:巷道围岩松动圈范 围为1.56~1.63m；巷道变形大致分为三个时期，即围岩变形增加期、围岩变形平缓期和围岩变形稳定期，最终两帮与

顶底板移近量分别为110mm和80mm;顶部锚杆、左帮和右帮锚杆受到的平均载荷分别为98kN、48kN、55kN;优化

后的支护方案为锚网索联合支护，同时增加了顶部锚杆的数量，在12609正巷工作面后半段的施工过程中，巷道围岩变形得到明显改善。【关键词】掘进巷道;现场实测；支护优化【中图分类号】TD322汀D353【文章编号】2096-4102(2019)05-0005-03【文献标识码】A开放科学(资源服务)标识码(OSID)：蛊煤矿巷道掘进作为煤炭资源开采的重要准备 工作,是实现煤炭资源开采的重要过程。在工作面

回采巷道的掘进过程中，巷道的稳定性及其支护形

式直接关系到煤炭资源的安全高效开采。巷道的有 效支护形式，不仅能够提高煤炭资源的生产效率, 而且能够减少煤炭资源生产的吨煤成本，提高矿井

经济效益。本文以山西官地矿12609正巷工作面的

掘进过程为背景,通过对12609正巷工作面掘进过 程中的巷道围岩变形进行实测，对巷道的支护方案 进行优化，使得巷道的围岩变形明显减小，为该矿

其他工作面的回采巷道掘进起到一定的借鉴作用。1工程概况官地矿12609正巷工作面沿2#煤层掘进，煤

层的平均厚度为3.23m,煤层平均倾角为2。,煤层顶 底板岩性情况如图 1 所示。煤层的直接顶岩层为砂 质泥岩、直接底岩层为泥岩，而煤层的基本顶与基

解巷道掘进过程对巷道变形量的影响，进而作为巷

本底岩层均为中粗砂岩。道支护设计的优化前后支护效果的评价指标。巷道

2掘进巷道围岩应力实测2.1测试仪器及测试方法掘进巷道现场测试的主要仪器包括:钻孔窥视 仪、巷道表面位移监测计、巷道锚杆测量计。钻孔窥 视仪器能够对12609正巷工作面的围岩松动圈范 围进行观测,为巷道支护设计的优化提供依据。巷

锚杆测量计能够对巷道顶板及巷道两帮的锚杆受 力进行监测，通过对巷道锚杆的受力数据进行监测

和整理，可以更加直观地了解到巷道顶板及巷道两 帮锚杆是否对巷道围岩支护起到了重要作用，同时

能够对支护失效的锚杆进行及时排查2.2巷道围岩松动圈监测巷道顶板在钻孔窥视探头到达1.82m时，巷道

道表面位移监测计则能够对12609正巷工作面在 掘进过程中的巷道变形量进行监测，可以直观地了收稿日期： 2019-06-21顶板岩层出现明显的离层，而离层的出现也是出现

作者简介:张宏伟(1981—),男,山西原平人，西山煤电(集团)有限责任公司官地煤矿采煤工程师5张宏伟:掘进巷道围岩压力实测及支护设计优化研究在岩层交界面附近,当窥视钻头再往里伸入，在巷 道顶板基本顶岩层中未出现明显的顶板离层。在巷 道左帮中，当窥视钻头伸入到巷帮深部的1.56m时, 巷帮煤体中发生大面积破坏,煤体中的裂隙极其发

育;当窥视钻头再往里伸入时，巷帮中煤体的裂隙 明显减少，煤体的整体性保持完好。在巷道右帮中，

当窥视钻头深入到巷帮深部的1.63m时，巷帮中煤 体的破坏程度较大，煤体中的裂隙较为发育，但较 左帮煤体的破坏较为缓和；同样,当窥视钻头再往

里逐渐伸入时，巷帮中煤体的破坏程度逐渐变小。 巷道围岩松动圈范围如表1所示，巷道围岩大松动

圈范围为1.56~1.63m。表1巷道围岩松动圈范围位置松动圈范围/m巷道顶板1.82巷道左帮1.56巷道右帮1.632.3巷道表面位移监测12609正巷工作面的巷道两帮和顶底板移近量由图2可知，随着12609正巷工作面的不断掘 进,巷道的表面移近量逐渐增大o 12609正巷工作面

在掘进过程中的巷道围岩性大致可以分为以下三 个阶段：第一阶段:围岩变形增加期。在掘进工作面推

进0m~30m过程中，两帮移近量与顶底板移近量分 别增加到85mm和65mm,巷道围岩的变形量明显

发生增大，轨道顺槽的围岩活动较为剧烈,在此期 间,掘进工作面的不断推进,轨道顺槽周围处于原

岩应力状态的岩石，由于受到巷道开挖的影响，应 力发生重新分布进而达到新的平衡，因此巷道围岩

的变形量会出现剧烈的变化。第二阶段：围岩变形平缓期。在掘进工作面推 进 30m~60m 过程性，两帮移近量和顶底板移近量

同样发生增大，巷道变形量在此阶段内的增大范围 较围岩变形增加期较小,变形量值分别由85mm和

665mm增加到108mm和74mm,巷道围岩的应力分 布逐渐达到新的平衡，巷道围岩的变形也逐渐缓

和，基本达到12609正巷工作面变形的最大值。第三阶段：围岩变形稳定期。在掘进工作面推 进到 60m~100m 过程中，两帮移近量和顶底板移近

量发生微小增加，巷道变形量较在此阶段内变化范 围最小,12609正巷工作面的两帮移近量与顶底板

移近量分别为110mm和80mmo在此期间，12609正 巷工作面围岩应力的重新分布达到平衡，巷道由于 受到掘进影响的变形达到稳定。2.3锚杆受力监测12609正巷工作面的顶部和帮部锚杆受力监测 结果如图 3 所示。左渤锚杆平均受力图3巷道锚杆受力监测结果由图3可知，在12609正巷工作面中顶部锚杆 受到平均载荷大于巷道帮部受到的平均载荷，且巷

道左帮锚杆受到的平均载荷小于巷道右帮受到的 平均载荷。同样巷道锚杆的受力会受到掘进过程的 影响。在锚杆刚安装在巷道顶部及帮部并施加一定

的预应力在帮部和帮部锚杆一段时间后，巷道顶板 及帮部就会出现明显变化。当掘进工作面超前锚杆 测点在40m时,在这期间锚杆受到的载荷变化较为

剧烈,巷道顶部受到的载荷增加到75kN，巷道左帮

锚杆受到的载荷增加到29kN,巷道右帮锚杆受到

的载荷则增加到32kNo当掘进工作面超前锚杆在

40m~100m时，巷道顶部及帮部锚杆受到的载荷变 化较为缓和，顶部锚杆受力由75kN增加到98kN,

巷道左帮锚杆受到的载荷由29kN增加到48kN,巷 道右帮锚杆受到的载荷由32kN增加到55kNo3掘进巷道支护设计优化通过对12609正巷工作面掘进巷道进行测量， 可知巷道围岩松动圈范围、巷道两帮和顶底板移近

量较大，当12609综采工作面准备完成之后,由于 巷道已经发生了严重的变形，故无法实现12609综

采工作面正常回采，另外由于巷道顶部锚杆受到的

载荷大于锚杆锚固力，因此巷道原来的支护方案存 在严重的不合理性，因此有必要对12609正巷工作 面的支护方案进行进一步优化，以实现12609综采 工作面的正常回采。张宏伟:掘进巷道围岩压力实测及支护设计优化研究3.1巷道原支护方案12609正巷工作面掘进巷道高度x宽度=

3200mmx4000mm,为矩形巷道,巷道原支护方式采 用锚网联合支护，即巷道顶部和帮部分别布置有3 根锚杆，间距1500mm。巷道原支护示意图如图4(a)

所示。3.2支护设计优化原先巷道的支护形式为锚网支护，优化后的支

护方案为锚网索联合支护。在12609正巷工作面顶 部均匀追打2根锚索，锚索的长度为8000mm,使其 直接锚固在煤层上覆基本顶硬质岩层中，进而实现

对正巷的有效支护，另外将顶部锚杆的数量从3根 增加到4根，优化后的12609正巷工作面的支护方

案如图4(b)所示。卿1500

1500，Qf38004000(a)(b)图4 12609轨道顺槽优化后支护设计通过对12609正巷工作面的原支护方案进行

优化，将优化后的支护方案应用在该矿中，巷道围 岩变形大的情况得到好转，12609正巷工作面后半

段的支护情况得到明显改善(如图5)。针对官地矿12609正巷工作面的实际情况，通 过现场实测的方法，对12609正巷工作面的巷道围 岩松动圈范围、巷道围岩变形量和巷道锚杆受力进

行实测，并对巷道原支护方式进行优化，主要得到

如下结论:(1) 实测得到巷道围岩松动圈范围为1.56-

1.63m；巷道变形大致分为三个时期，即围岩变形增 加期、围岩变形平缓期和围岩变形稳定期，最终

12609正巷工作面两帮与顶底板移近量分别为

110mm和80mm;顶部锚杆、左帮和右帮锚杆受到的

平均载荷分别为98kN、48kN、55kN。(2) 由于在原巷道支护设计下,巷道围岩松动 圈范围和变形量均较大，且巷道顶部锚杆受到的平

均载荷大于锚固力，因此优化后的巷道支护形式为 锚网索联合支护，同时增加了顶部锚杆的数量。【参考文献】[1 ]王平.煤矿掘进巷道锚杆支护技术[J].中国石油和化

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