摘 要：通过对巷道支护围岩特征及受力情况分析，对百善煤矿巷道支护在理论研究下结合矿巷道实际压力及服务年限进行差异化支护，支护期间进行了密切的跟踪和观察，取得了良好的效果，也减少了部分材料，达到了技术经济一体化的效果。

关键词：巷道；差异化；支护

前言

我国煤矿主要是地下开采，需要在井下开掘大量巷道，保持巷道畅通和围岩稳定对煤矿建设与生产具有重要意义。巷道根据服务性质不同，使用年限也不一致，各个区域巷道受地质条件、采区条件、回采因素等影响，围岩压力也不一致。为了保证矿井巷道正常使用、减少修护量、消除浪费、降本增效，根据巷道实际用途和地质条件进行差异化支护，确保矿井的高产高效。

百善煤矿隶属于皖北煤电集团，进过三十多年的高强度开采，矿井处于开采后期，目前主要回收采区煤柱及地质条件复杂的构造煤柱和风氧化带内的表外储量。这些区域地质情况越来越复杂多变，地质条件恶化、地应力增大、破碎岩体增多、使得巷道近场围岩有效应力增大，致使围岩应力超过其强度，发生破坏失稳。巷道的施工对围岩造成了一定的附加应力，增加了围岩的控制和支护难度，对特殊区域的巷道进行研究，选取合理的支护方式，对煤矿生产的安全至关重要，也对提高煤炭企业经济效益有着重要影响。

1 围岩特征分析

1.1 顶压分析

巷道掘进后因上面岩石层的重力和本身岩石层重力作用产生弯曲，由于岩石抵抗拉力的能力很小，所以顶板很容易发生破碎和冒落。最后形成了一个拱形，根据拱形理论，自然平衡拱的高度、形状与顶板岩性、巷道宽度有如下关系：

QD=B2？姿/（1.2f）

式中QD为每m巷道支架所承受的顶压，t/m；B为表示巷道宽度，m；f为岩石的坚固性系数（普质系数）。

根据以上公式，当巷道遇到断层破碎带及岩石风化区域，巷道两帮顶板及岩石抗压性很差，受压后产生片帮或破碎不能支撑顶板压力，巷道宽度及高度均会增大，作用在支架上的顶压就大。所以巷道支护考虑足够的支撑力去承受顶板自然平衡拱内岩石自重量的压力和维护破碎的顶板不发生冒顶的压力。

1.2 侧压分析

侧压是指巷道两帮对支架的压力，它是由于两帮煤（岩）及顶板失去平衡，对支护材料两帮内挤压而产生的。根据巷道距采空区的远近分为三个区域，一是为采空区支撑压力的区域，该区域掘进及开拓压力很大，为增压带，第二是距采空区较远，采空区压力对该巷道无影响，该区域叫常压带。第三是位于采空区边缘，沿空掘进区域，为减压带，压力最小。

巷道侧压可参照如下简化公式进行计算

Qe=0.25？姿[B1/（2f）+H]

式中Qe为巷道两帮最大侧压力，B1巷道破碎宽度（B1=B+λ0.5H），B为表示巷道宽度，H为表示巷道高度，f为岩石坚固性系数，λ为侧压力系数（λ根据巷道完整、稳定取0.13～0.22）

根据以上公式，当巷道遇到断层破碎带及岩石风化区域，巷道两帮顶板及岩石抗压性很差，巷道破碎宽度也增宽，其最大侧压力将明显比完整顶板大，巷道侧压将成为支护的一个难点和重点。

2 控制对策

根据以上理论计算每段巷道实际顶板及侧压，结合百善煤矿实际情况，根据巷道用途及地质条件情况选择支护方式，提出了巷道支护“服务年限差异化、断面地段差异化、层位岩性差异化、顶底两帮差异化、特殊区域差异化”。

2.1 锚杆支护

2.1.1 技术标准

对于服务年限较长的采区巷道及变电所回风巷均采用锚杆支护最大限度地节约每一根锚索、每一根锚杆，针对煤、岩巷道的各自特点，不同巷道地段支护强度的不同需求，采用动态设计法，及时、动态地修护支护参数，既满足了不同支护强度的需要，又节省了支护材料。

在我矿以前锚喷巷道均采用锚杆+钢筋网+锚索联合支护，然后进行喷浆，喷浆厚度不小于50mm。现在根据巷道实际用途，将采区服务年限较长的采区巷道及回风巷道使用锚喷，各巷道各区域根据实际情况，根据围岩岩性特征及破碎情况进行科学分析，将顶板较完整区域进行锚杆单独支护，取消以前的联合支护。支护设计也进行修改，规格为（图1）：2600×2500mm（宽×高）顶部5根Φ16×2000mm长螺纹钢锚杆，间排距1000×1000mm、每眼2卷K2330型树脂药卷，顶板较差时铺设金属网和锚梁加强护顶（锚杆间排距1000×900mm），网与网之间顺茬搭接，压茬不小于100mm，压茬处每隔200mm用双股14#铁丝扎紧；两帮各1根Φ16×2000mm端头拍扁的金属锚杆，间排距800×1000mm，每根锚杆用2卷MS-3型水泥锚固剂。螺纹钢锚杆：Φ16、L=2000mm。铁盖板：长×宽×厚=140mm×140mm×10mm变电所回风巷喷浆水泥为425#普通硅盐水泥，黄砂为中粗砂，配合比1：2.5，喷厚50mm。

图1 锚喷支护断面图

图2 锚喷巷道围岩变形量图

2.1.2 实施效果

对于优化支护方式的巷道，为了掌握其支护效果及变化规律，判断巷道稳定性，在顶板破碎带及完整顶板区域设置岩石位移量观察点，三天对巷道进行一次表面位移观测，巷道围岩收敛量如图2所示。图中Y1、F1为岩石破碎带区域，Y2、F2为顶板比较完整区域，根据变形图可以看出，岩石破碎带顶板及两帮压力较大，虽然改进了支护方式，缩小了锚杆间排距，但围岩变形量明显大于完整顶板，是以后长时间观察控制的重点。根据长时间数据，围岩整体承载能力还是比较稳定，巷道的破坏程度明显降低，基本处于稳定状态，控制效果理想，达到了巷道差异化支护的安全效果。

2.2 架棚支护

2.2.1 架棚方式

工作面回采用的机、风巷道，依据技术上安全可行，能较好控制顶板，确保巷道的稳定，满足通风、行人、运输的要求，经济上合理，便于提高掘进速度同时减少材料消耗的原则，均采用矿用11#工字钢架梯形断面，规格为（图3）：2400mm×2400mm×2400mm（梁×腿×腿）、底扎3050mm，高2000mm，棚距650mm（压力较大时棚距缩小为350mm，底扎放大150～300mm），用塘材棍、编织网腰帮过顶，塘材棍顶7对（350mm棚距时用7根）、两帮各7根；顶部铺单层笆片；顶、帮使用单层编织网，编织网压茬不小于100mm，间隔200mm用16#铁丝连好；如果压力过大，为增加支护强度，减少巷道维护工作量，将巷道支护工字钢梯形套棚改为工字钢梯形对子棚。

2.2.2 实施效果

为了验证实施效果，以便根据实际情况及时更改设计参数，在对子棚、密集棚、正常架棚区域选择多个观察点进行巷道变形量观察（图4），根据数据可以看出，我矿短期用于回采的临时巷道用11#工字钢架梯形架棚能够确保安全，顶板破碎区域及风化区域根据压力情况及时更改设计参数，缩小棚距及使用对子棚能够有效的控制压力的变化量。

架棚顶板变化量明显小于两帮变化量，说明金属棚对顶板的支护能力较强，两帮由于压力较大，受力不均导致变化量较大。特别是在顶板及煤层风化区域和断层破碎带区域，虽然均采用了对子棚和密集棚进行有效的支护，但由于软弱岩石无抗压性，优化了架棚方式但变形量比完整顶板巷道变化量大。

3 结束语

（1）煤矿巷道支护方式很多，巷道差异化支护的优化重点就是根据现场实际情况确定支护方式。地质条件是制约巷道支护方式的主要原因，差异化支护必须对岩性不同区域、构造区域、风化区域、破碎区域、采空区区域进行分段进行研究、分析，根据压力显现情况及时优化支护方式。

（2）工字钢架梯形棚支护抗压性比锚喷效果差，但对于回采巷道，服务年限不长的巷道可以用架棚支护，利于巷道可以快速掘进和减少材料耗材，回收利用率高等特点，能够体现出巷道差异化支护的优点。

作者简介：刘卫华（1962-），男，高级工程师，毕业于淮北煤炭学校采矿工程专业，现任皖北煤电有限责任集团公司百善煤矿矿长，长期从事煤炭生产技术管理工作。