李慧鵬

（潞安礦業(yè)集團(tuán)煤礦管理中心，山西 長(zhǎng)治046204）

潞安集團(tuán)常村煤礦井田含煤地層為下二迭系山西組及上石炭系太原組，含煤地層總厚163.36m，含煤10～17層，煤層總厚11.25m，含煤系數(shù)為6.9%。本區(qū)地質(zhì)構(gòu)造以褶曲為主，地層走向近南北，向西傾斜，傾角3°～6°。東部以單斜為主，伴有近東西向波狀起伏；西部為近南北向褶曲。該礦煤礦開(kāi)拓方式為立井多水平盤(pán)區(qū)式開(kāi)拓，分2個(gè)水平開(kāi)采。現(xiàn)有S5－5、N3－2、N1－2三個(gè)放頂煤綜采工作面。煤層頂?shù)装迩闆r為：直接頂為細(xì)砂巖、粉砂巖或泥巖，平均厚度5.35m；老頂為細(xì)砂巖或中細(xì)粒砂巖，平均厚度5.98m；直接底為細(xì)砂巖或泥巖，平均厚度5.03m。巷道開(kāi)挖后，受動(dòng)壓及地質(zhì)構(gòu)造應(yīng)力影響，巷道呈局域性破壞，頂板嚴(yán)重下沉、兩幫內(nèi)鼓，底鼓嚴(yán)重。巷道未掘完成因變形嚴(yán)重多次停掘巷修，嚴(yán)重影響礦井通風(fēng)、安全生產(chǎn)。因此，研究適應(yīng)該礦大斷面煤巷支護(hù)的技術(shù)方案和設(shè)計(jì)參數(shù)，采用安全經(jīng)濟(jì)、可行的支護(hù)方式對(duì)大斷面煤巷圍巖變形進(jìn)行有效控制，成為該礦實(shí)現(xiàn)安全高產(chǎn)高效的先決條件之一。

1 原巷道支護(hù)參數(shù)及存在的問(wèn)題分析

S5－5工作面膠帶運(yùn)輸巷沿煤層底板布置，頂板留有4.5m煤皮，屬于復(fù)合頂板。巷道為梯形斷面。原設(shè)計(jì)方案采用全斷面錨網(wǎng)（索）架梯形工字鋼單棚、空幫預(yù)留變形聯(lián)合支護(hù)。即頂部采用Φ22mm×2250mm高強(qiáng)度螺紋鋼錨桿，加打Φ17.8mm×8000mm錨索加固；幫部采用Φ18mm×2000mm鋼筋錨桿；頂、幫鋪菱形金屬網(wǎng)（規(guī)格：4mm×1.68m）。錨網(wǎng)后支架梯形工字鋼單棚，棚距400mm。

該工作面膠帶運(yùn)輸巷采用原支護(hù)方案時(shí)，錨桿支護(hù)失效，托板脫落，支護(hù)效果較差，出現(xiàn)冒頂、頂板破碎下沉、底兩幫移近等情況，巷道局部破壞變形嚴(yán)重，經(jīng)對(duì)原支護(hù)現(xiàn)狀進(jìn)行分析，主要是由以下兩個(gè)方面原因造成的。

1.1 圍巖結(jié)構(gòu)特征

①3＃煤層上浮巖層中存在巨厚礫巖層，為脆性巖石，在采區(qū)大面積開(kāi)采后，易發(fā)生脆性斷裂，其延伸長(zhǎng)度大，整體性減小，造成采區(qū)壓力大；②3＃煤層底板為炭質(zhì)泥巖和泥巖，遇水易膨脹，導(dǎo)致巷道底鼓嚴(yán)重。

1.2 地質(zhì)構(gòu)造導(dǎo)致巷道失穩(wěn)破壞

① 在該工作面掘進(jìn)中，揭露6條F3的次生斷層，上巷950m處發(fā)現(xiàn)存在撓曲構(gòu)造，受構(gòu)造殘余應(yīng)力影響，工作面壓力增大；②3＃煤頂板不穩(wěn)定，厚薄變化大，且?guī)r性為泥巖，其間常夾薄煤層或煤線，整體性差，易造成巷道冒頂。

2 新支護(hù)方案設(shè)計(jì)

針對(duì)上述復(fù)雜圍巖條件下巷道難以支護(hù)的現(xiàn)狀，通過(guò)對(duì)已施工巷道的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研分析，確定將巷道斷面設(shè)計(jì)為半圓拱形斷面，斷面凈寬6.8m，凈高4.5m，斷面積23.5 m2，為適應(yīng)巷道地質(zhì)構(gòu)造及圍巖位移的差異，改善巷道圍巖狀態(tài)，巷道支護(hù)采用錨網(wǎng)索＋36U型鋼棚聯(lián)合支護(hù)形式，為適應(yīng)巷道圍巖變形大的特點(diǎn)，錨桿和錨索托盤(pán)上加設(shè)木托盤(pán)，以便使錨桿和錨索適應(yīng)圍巖的變形，防止錨桿錨索拉斷。

全斷面錨網(wǎng)（索）、架36U－5.6m拱型可縮性支架、空幫預(yù)留變形聯(lián)合支護(hù)。頂、幫鋪菱形金屬網(wǎng)，拱頂打Φ22 mm×2500mm鋼筋錨桿，間排距800mm×800mm，加打Φ17.8mm×8000mm錨索加固，間排距1500mm×1500 mm，錨索打設(shè)位置為距兩幫600mm處各布置一根，拱頂中間布置一根，兩幫各打Φ18mm×2500mm鋼筋錨桿，間排距800mm×800mm，下幫加打Φ17.8mm×6000mm錨索加固，底角錨桿與幫成75°夾角向底板下扎，其余錨桿垂直巷道輪廓線布置；36U型棚支護(hù)由三部分組成，腿長(zhǎng)4788mm（弧長(zhǎng)），梁長(zhǎng) 4636mm（弧長(zhǎng)）；梁、腿搭接500 mm，誤差范圍±100mm，棚距由900mm，頂板及兩幫讓壓300～500mm。

在斷層構(gòu)造帶掘進(jìn)，縮小控頂距，頂錨桿由Φ22mm×2500mm改為Φ22mm×3000mm，幫錨桿由Φ18mm×2000mm改為Φ22mm×2500mm，錨桿間排距由800mm×800mm調(diào)為600mm×600mm，棚距由900mm調(diào)為700mm（見(jiàn)圖1）。

圖1 新支護(hù)工藝斷面示意

圖2 反底拱安裝示意

由于S5－5工作面膠帶運(yùn)輸巷受周圍采動(dòng)影響，巷道已出現(xiàn)嚴(yán)重的底鼓現(xiàn)象，為保證巷道的正常使用。采用底部鋪鐵絲網(wǎng)、打底錨桿、可縮性反底拱配合兩道工字鋼聯(lián)鎖對(duì)該段底鼓巷道進(jìn)行壓力治理。反底拱安裝示意見(jiàn)圖2。底部鋪鐵絲網(wǎng)時(shí)要求網(wǎng)與網(wǎng)的搭接長(zhǎng)度不小于100 mm，然后在鐵絲網(wǎng)的搭接處及兩網(wǎng)之間打上地錨桿，最后可根據(jù)巷道實(shí)際下寬調(diào)整反底拱的搭接長(zhǎng)度，并在托盤(pán)與U型鋼梁搭接處焊接限位裝置（U型鋼短節(jié)），以防止巷道受側(cè)壓時(shí)柱腿內(nèi)移，同時(shí)保證巷道的整體穩(wěn)固性。通過(guò)鋪鐵絲網(wǎng)、打地錨桿，安裝可縮性反底拱并配合兩道工字鋼聯(lián)鎖對(duì)該段底鼓巷道進(jìn)行壓力治理后，對(duì)控制巷道底鼓起到了顯著的效果。

3 支護(hù)效果分析

為判斷巷道支護(hù)設(shè)計(jì)是否合理，檢驗(yàn)巷道的支護(hù)效果，對(duì)巷道斷面相對(duì)位移與巷道底鼓位移進(jìn)行觀側(cè)。在針對(duì)巷道斷面相對(duì)位移進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，布置3個(gè)測(cè)量斷面，采用雙“十字交叉布置測(cè)點(diǎn)；巷道底鼓位移觀側(cè)時(shí)，在各測(cè)量斷面上，巷道底板布置2個(gè)測(cè)點(diǎn)，采用經(jīng)緯儀從井底車場(chǎng)附近的穩(wěn)定測(cè)量點(diǎn)，導(dǎo)線測(cè)量獲得各被測(cè)測(cè)點(diǎn)的底板隆起的絕對(duì)位移值，經(jīng)分析統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)生成頂?shù)装逑鄬?duì)位移量及巷道底鼓位移變化情況（見(jiàn)圖3）。

由圖3可知：（1）巷道斷面相對(duì)位移主要發(fā)生在巷道開(kāi)挖后1～15天之內(nèi)，以后逐漸趨于穩(wěn)定；巷道兩幫相對(duì)位移（88mm）大于頂?shù)紫鄬?duì)位移（80mm）；（2）巷道底鼓變形主要發(fā)生在巷道開(kāi)挖后1～11天以內(nèi)，以后趨于穩(wěn)定，巷道底鼓較小，只有35mm左右，這說(shuō)明圍巖松幫卸壓及采用反底拱支護(hù)對(duì)巷道底鼓破壞的控制起到了顯著的效果。由此表明：大斷面煤巷采用全斷面錨網(wǎng)（索）、架36U－5.6m拱型可縮性支架、空幫預(yù)留變形聯(lián)合支護(hù)是可行的，為礦井通風(fēng)、運(yùn)輸、行人、防沖工作提供了有利條件，降低了不安全隱患的產(chǎn)生幾率，為杜絕事故發(fā)生打下了安全基礎(chǔ)。