1、第1期回采巷道在强采动影响下非对称支护技术的应用高雁，赵振飞，时永龙（国家能源集团宁夏煤业有限责任公司任家庄煤矿，宁夏 灵武750409）摘要：任家庄煤矿110906回风巷受110904工作面回采动压和非对称载荷的影响，顶底板以及两帮变形差异性显著，呈现出明显的非对称分布特征。为解决110906回风巷围岩变形，避免巷道二次返修，本文采用理论分析、数值模拟分析110906回风巷在受110904工作面采动影响下巷道围岩应力分布特征，提出了110906回风巷更具抗压能力的半圆拱形断面和上帮安装两排锚索并喷浆、下帮安装一排锚索的非对称加强支护方法控制巷道围岩变形。通过顶板离层监测仪、十字布点综合围岩变
2、形监测，结果表明：巷道围岩变形得到良好的控制，支护方案合理，完全能够满足工作面安全生产需要。关键词：回采巷道；采动；围岩控制；非对称中图分类号：TD353文献标识码：B文章编号：2096-7691（2023）01-035-05作者简介：高雁（1985），男，工程师，现任职于国家能源集团宁夏煤业有限责任公司任家庄煤矿，主要从事煤矿安全生产、采掘技术管理工作。Tel：15209603526，E-mail：引用格式：高雁，赵振飞，时永龙.回采巷道在强采动影响下非对称支护技术的应用 J.能源科技，2023，21（1）：35-39.0引言掘进工作面受附近综采工作面采动影响，巷道经常出现顶板下沉、两帮收缩
3、、底板鼓起等现象，增加了巷道返修次数，提高了巷道维护成本1-3。因此，系统性研究综采工作面采动影响下掘进工作面巷道围岩应力演化规律与控制技术，对采取合理支护设计，解决巷道围岩变形具有重要意义。康红普4通过分析动压巷道围岩应力演化规律，提出了高预应力锚杆、锚索支护理论，并进行了工业试验，取得了良好的控制效果；罗宇恩5对综采工作面在回采过程中煤层顶板覆岩破断、矿压显现分布规律，以及在近距离煤层采动影响下巷道围岩位移特征进行了一系列研究，得出了煤层开采过程中，回采巷道围岩应力、围岩变形在倾向上出现了非对称现象；勾攀峰6等对拱形、异型巷道在采动影响下产生破坏失稳的内在机理进行了分析，得到了异型巷道围岩
4、变形的主要原因是在重力沿着倾向分力的作用下顶板岩层的拉剪破断，拱形断面相较异型断面更具抗压能力；柏建彪7等通过研究采动影响导致岩层内裂隙发育，改变原岩应力，并针对性地提出了通过锚网支护技术加固围岩强度、提高围岩稳定性，从而控制巷道围岩变形。近年来，众多专家对巷道失稳的研究主要集中在围岩位移方面，我国煤矿煤层开采深度不断增加，煤炭资源日益减少，为保持矿井采掘接续平稳，在采动影响下顶板覆岩破断、围岩应力变化以及控制巷道变形研究逐渐提上日程。本文以任家庄煤矿110906回风巷为研究对象，结合工作面的工程地质条件，建立数学力学模型，分析110906回风巷在掘进期间和采掘交汇期间围岩应力分布，并采用FL
5、AC3D模拟模型，验证了110906回风巷两帮围岩应力分布和大小，并提出锚网索喷非对称支护技术，充分发挥锚杆与锚索协同支护作用，提高了巷道围岩的承载力，成功解决了110906回风巷围岩变形技术难题，为高效安全回采提供了保障。1110906回风巷概况1.1110906回风巷相对位置110906 回风巷位于 11 采区，标高为+860 m+920 m，北部为井筒保护煤柱，南部为九煤未动块段，东部为未回采的110906工作面，西部为20 m煤柱与110904采煤工作面相邻，110904工作面回采至500 m处，如图1所示。第21卷 第1期Vol.21No.12023年2月Feb.2023第1期110
6、906切眼110906回风巷110906机巷110906辅助运输巷掘进迎头掘进迎头110904回采工作面N=2073020 mN=20790图1110906回风巷位置关系1.2110906回风巷地质概况110906回风巷煤层均厚为4.57 m，直接顶为石灰岩，青灰色，均厚1.5 m，坚硬性脆。直接底为粉砂岩，灰白色，薄层状结构，泥质胶结，均厚0.9 m，如图2所示。灰白色，成分以石英长石为主黏土，硅质胶结，波状层理。灰黑色，粉砂岩，波状层理，半坚硬，厚度稳定。黑色，细腻，水平层理，含黄铁矿。深灰色，均厚1.5m，坚硬性脆，块状结构，裂隙较发育，单轴抗压强度25.085 MPa，抗拉强度1.03
7、8 9 MPa。黑色，以暗煤为主，半暗型，粉末状均一状结，弱沥青光泽，均厚1.38 m。灰白色，薄层状结构，泥质胶结均厚0.9m。黑色，以暗煤为主，半暗型，粉末状偶见块状，均一状结构，弱沥青光泽，煤层 结 构 较 复 杂，煤 层 单 轴 抗 压 强 度1.83 MPa。灰黑色，粉砂岩，层状结构，泥质胶结，单轴抗压强度24.099 MPa，抗拉强度1.198MPa。黑色，半暗型，块状，黑色条痕。中砂岩粉砂岩泥岩石灰岩九上煤细砂岩九煤粉砂岩十煤4.329.647.175.418.256.766.189.267.390.751.91.50.951.761.380.31.390.93.486.754.
8、573.464.734.0101.200.6图2110906回风巷煤层2采动影响下巷道应力分布特征2.1巷道掘进期间围岩应力分布110906回风巷掘进时，巷道围岩应力重新分布，110906回风巷上、下帮不同位置围岩应力不同，上帮分为应力增高区、应力降低区；下帮分为应力增高区、原岩应力区，如图3所示。110906工作面煤柱hk1hk2hk3hh110904工作面图3巷道掘进期间上、下帮围岩应力分布巷道上、下帮不同位置应力集中系数不同，不同位置的应力可以通过式（1）确定：=kh（1）式中：为巷道上、下帮不同位置围岩所受应力值大小，MPa；k为应力集中系数；为上覆岩层平均容重，取21 kN/m3；h
9、为巷道埋深，110906回风巷平均埋深为400 m。当110906回风巷与110904工作面交汇距离较远时，110906回风巷煤柱趋于稳定状态，随着巷道上帮向110904工作面方向延伸，围岩应力呈现先增大后减小的稳定状态。2.2采掘交汇期间围岩应力分布随着110906回风巷向前掘进和110904工作面回采，110904工作面后方逐渐形成采空区，采空区上方顶板在重力作用下破断和翻转，逐步形成倒台阶结构，随着采空区上方覆岩的进一步旋转，煤柱上方覆岩形成弧形三角块体B，三角块体B上端与岩块A铰接，下端与岩块C铰接，形成三铰拱结构，使煤柱在一定范围内的应力高于原岩应力8，如图4所示。110906工作面
10、煤柱采空区CBAhk1hk4hk5hh图4巷道回采期间上、下帮围岩应力分布110906回风巷在受110904工作面采动过程中，顶板逐渐形成稳定的三铰拱结构，巷道上帮煤柱内形成集中应力区，应力高于下帮应力9。计算方式可通过式（1）和表1进行计算。表1集中应力系数取值周边采空情况一侧采空采动影响范围上帮下帮k2.52.81.8根据表1的系数取值范围，上帮的集中应力系数k的取值为2.52.8，对应的集中应力为21.0 MPa23.5 MPa，下帮的集中应力系数为1.8，对应的集中应力为15.1 MPa。2.3采掘交汇期间围岩应力分布模拟为研究110906回风巷在110904工作面不同回采位置处围岩应
11、力分布、围岩变形特征，建立FLAC3D数值计算模型，模型规格为200 m200 m70 m（长宽高雁等：回采巷道在强采动影响下非对称支护技术的应用36第1期高），模型固定X轴、Y轴与Z轴底端，如图5所示。110906工作面煤柱110904工作面粉砂岩粉砂岩图5数值模拟模型模拟过程中煤岩物理力学参数见表2。表2煤岩物理力学参数岩层泥岩石灰岩细砂岩九煤粉砂岩体积模量/GPa8.0012.0010.000.959.00剪切模量/GPa7.59.080.58容重/（kgm-3）2 5002 6002 5801 4002 570摩擦角/（）3040363034抗拉强度/MPa1.21.81.50.31.
12、3为了更加准确分析110904工作面开采过程中，一次采动下巷道围岩的破坏特征，对110904工作面与110906回风巷交汇后25 m、50 m、75 m、100 m处监测垂直、水平应力，如图6、图7所示。-8.488 2E+04-5.000 0E+05-1.000 0E+06-1.500 0E+06-2.000 0E+06-2.500 0E+06-3.000 0E+06-3.500 0E+06-4.000 0E+06-4.500 0E+06-5.000 0E+06-5.500 0E+06-6.000 0E+06-6.500 0E+06-7.000 0E+06-7.500 0E+06-8.000
13、 0E+06-8.500 0E+06-9.000 0E+06-9.402 1E+06（a）推进25 m-8.503 0E+04-5.000 0E+05-1.000 0E+06-1.500 0E+06-2.000 0E+06-2.500 0E+06-3.000 0E+06-3.500 0E+06-4.000 0E+06-4.500 0E+06-5.000 0E+06-5.500 0E+06-6.000 0E+06-6.500 0E+06-7.000 0E+06-7.500 0E+06-8.000 0E+06-8.500 0E+06-9.000 0E+06-9.500 0E+06-9.763 0E
14、+06（b）推进50 m-9.251 1E+04-1.000 0E+06-2.000 0E+06-3.000 0E+06-4.000 0E+06-5.000 0E+06-6.000 0E+06-7.000 0E+06-8.000 0E+06-9.000 0E+06-1.000 0E+07-1.100 0E+07-1.200 0E+07-1.300 0E+07-1.400 0E+07-1.500 0E+07-1.600 0E+07-1.700 0E+07-1.750 8E+07（c）推进75 m-2.466 6E+04-2.500 0E+06-5.000 0E+06-7.500 0E+06-1.
15、000 0E+07-1.250 0E+07-1.500 0E+07-1.750 0E+07-2.000 0E+07-2.250 0E+07-2.500 0E+07-2.750 0E+07-3.000 0E+07-3.250 0E+07-3.500 0E+07-3.634 4E+07（d）推进100 m图6采动影响下110906回风巷围岩垂直应力演化特征根据图6所示，110906回风巷采掘交汇后距离由25 m 增加至 100 m 过程中，巷道两帮围岩垂直应力不断增大，垂直围岩应力由9.5 MPa逐渐增加至36.3 MPa，且上帮垂直围岩应力始终大于下帮垂直围岩应力。-4.769 0E+04-1.
16、000 0E+06-2.000 0E+06-3.000 0E+06-4.000 0E+06-5.000 0E+06-6.000 0E+06-7.000 0E+06-8.000 0E+06-9.000 0E+06-1.000 0E+07-1.100 0E+07-1.200 0E+07-1.300 0E+07-1.400 0E+07-1.500 0E+07-1.600 0E+07-1.700 0E+07-1.800 0E+07-1.900 0E+07-1.945 3E+07（a）推进25 m-4.324 3E+04-2.000 0E+06-4.000 0E+06-6.000 0E+06-8.000 0E+06-1.000 0E+07-1.200 0E+07-1.400 0E+07-1.600 0E+07-1.800 0E+07-2.000 0E+07-2.011 4E+07（b）推进50 m2.325 1E+042.000 0E+064.000 0E+066.000 0E+068.000 0E+061.000 0E+071.200 0E+071.400 0E+071.600 0E+071.
