摘 要：通過對巷道支護圍巖特征及受力情況分析，對百善煤礦巷道支護在理論研究下結(jié)合礦巷道實際壓力及服務年限進行差異化支護，支護期間進行了密切的跟蹤和觀察，取得了良好的效果，也減少了部分材料，達到了技術(shù)經(jīng)濟一體化的效果。

關(guān)鍵詞：巷道；差異化；支護

前言

我國煤礦主要是地下開采，需要在井下開掘大量巷道，保持巷道暢通和圍巖穩(wěn)定對煤礦建設(shè)與生產(chǎn)具有重要意義。巷道根據(jù)服務性質(zhì)不同，使用年限也不一致，各個區(qū)域巷道受地質(zhì)條件、采區(qū)條件、回采因素等影響，圍巖壓力也不一致。為了保證礦井巷道正常使用、減少修護量、消除浪費、降本增效，根據(jù)巷道實際用途和地質(zhì)條件進行差異化支護，確保礦井的高產(chǎn)高效。

百善煤礦隸屬于皖北煤電集團，進過三十多年的高強度開采，礦井處于開采后期，目前主要回收采區(qū)煤柱及地質(zhì)條件復雜的構(gòu)造煤柱和風氧化帶內(nèi)的表外儲量。這些區(qū)域地質(zhì)情況越來越復雜多變，地質(zhì)條件惡化、地應力增大、破碎巖體增多、使得巷道近場圍巖有效應力增大，致使圍巖應力超過其強度，發(fā)生破壞失穩(wěn)。巷道的施工對圍巖造成了一定的附加應力，增加了圍巖的控制和支護難度，對特殊區(qū)域的巷道進行研究，選取合理的支護方式，對煤礦生產(chǎn)的安全至關(guān)重要，也對提高煤炭企業(yè)經(jīng)濟效益有著重要影響。

1 圍巖特征分析

1.1 頂壓分析

巷道掘進后因上面巖石層的重力和本身巖石層重力作用產(chǎn)生彎曲，由于巖石抵抗拉力的能力很小，所以頂板很容易發(fā)生破碎和冒落。最后形成了一個拱形，根據(jù)拱形理論，自然平衡拱的高度、形狀與頂板巖性、巷道寬度有如下關(guān)系：

QD=B2？姿/（1.2f）

式中QD為每m巷道支架所承受的頂壓，t/m；B為表示巷道寬度，m；f為巖石的堅固性系數(shù)（普質(zhì)系數(shù)）。

根據(jù)以上公式，當巷道遇到斷層破碎帶及巖石風化區(qū)域，巷道兩幫頂板及巖石抗壓性很差，受壓后產(chǎn)生片幫或破碎不能支撐頂板壓力，巷道寬度及高度均會增大，作用在支架上的頂壓就大。所以巷道支護考慮足夠的支撐力去承受頂板自然平衡拱內(nèi)巖石自重量的壓力和維護破碎的頂板不發(fā)生冒頂?shù)膲毫Α?/p>

1.2 側(cè)壓分析

側(cè)壓是指巷道兩幫對支架的壓力，它是由于兩幫煤（巖）及頂板失去平衡，對支護材料兩幫內(nèi)擠壓而產(chǎn)生的。根據(jù)巷道距采空區(qū)的遠近分為三個區(qū)域，一是為采空區(qū)支撐壓力的區(qū)域，該區(qū)域掘進及開拓壓力很大，為增壓帶，第二是距采空區(qū)較遠，采空區(qū)壓力對該巷道無影響，該區(qū)域叫常壓帶。第三是位于采空區(qū)邊緣，沿空掘進區(qū)域，為減壓帶，壓力最小。

巷道側(cè)壓可參照如下簡化公式進行計算

Qe=0.25？姿[B1/（2f）+H]

式中Qe為巷道兩幫最大側(cè)壓力，B1巷道破碎寬度（B1=B+λ0.5H），B為表示巷道寬度，H為表示巷道高度，f為巖石堅固性系數(shù)，λ為側(cè)壓力系數(shù)（λ根據(jù)巷道完整、穩(wěn)定取0.13～0.22）

根據(jù)以上公式，當巷道遇到斷層破碎帶及巖石風化區(qū)域，巷道兩幫頂板及巖石抗壓性很差，巷道破碎寬度也增寬，其最大側(cè)壓力將明顯比完整頂板大，巷道側(cè)壓將成為支護的一個難點和重點。

2 控制對策

根據(jù)以上理論計算每段巷道實際頂板及側(cè)壓，結(jié)合百善煤礦實際情況，根據(jù)巷道用途及地質(zhì)條件情況選擇支護方式，提出了巷道支護“服務年限差異化、斷面地段差異化、層位巖性差異化、頂?shù)變蓭筒町惢⑻厥鈪^(qū)域差異化”。

2.1 錨桿支護

2.1.1 技術(shù)標準

對于服務年限較長的采區(qū)巷道及變電所回風巷均采用錨桿支護最大限度地節(jié)約每一根錨索、每一根錨桿，針對煤、巖巷道的各自特點，不同巷道地段支護強度的不同需求，采用動態(tài)設(shè)計法，及時、動態(tài)地修護支護參數(shù)，既滿足了不同支護強度的需要，又節(jié)省了支護材料。

在我礦以前錨噴巷道均采用錨桿+鋼筋網(wǎng)+錨索聯(lián)合支護，然后進行噴漿，噴漿厚度不小于50mm?，F(xiàn)在根據(jù)巷道實際用途，將采區(qū)服務年限較長的采區(qū)巷道及回風巷道使用錨噴，各巷道各區(qū)域根據(jù)實際情況，根據(jù)圍巖巖性特征及破碎情況進行科學分析，將頂板較完整區(qū)域進行錨桿單獨支護，取消以前的聯(lián)合支護。支護設(shè)計也進行修改，規(guī)格為（圖1）：2600×2500mm（寬×高）頂部5根Φ16×2000mm長螺紋鋼錨桿，間排距1000×1000mm、每眼2卷K2330型樹脂藥卷，頂板較差時鋪設(shè)金屬網(wǎng)和錨梁加強護頂（錨桿間排距1000×900mm），網(wǎng)與網(wǎng)之間順茬搭接，壓茬不小于100mm，壓茬處每隔200mm用雙股14#鐵絲扎緊；兩幫各1根Φ16×2000mm端頭拍扁的金屬錨桿，間排距800×1000mm，每根錨桿用2卷MS-3型水泥錨固劑。螺紋鋼錨桿：Φ16、L=2000mm。鐵蓋板：長×寬×厚=140mm×140mm×10mm變電所回風巷噴漿水泥為425#普通硅鹽水泥，黃砂為中粗砂，配合比1：2.5，噴厚50mm。

圖1 錨噴支護斷面圖

圖2 錨噴巷道圍巖變形量圖

2.1.2 實施效果

對于優(yōu)化支護方式的巷道，為了掌握其支護效果及變化規(guī)律，判斷巷道穩(wěn)定性，在頂板破碎帶及完整頂板區(qū)域設(shè)置巖石位移量觀察點，三天對巷道進行一次表面位移觀測，巷道圍巖收斂量如圖2所示。圖中Y1、F1為巖石破碎帶區(qū)域，Y2、F2為頂板比較完整區(qū)域，根據(jù)變形圖可以看出，巖石破碎帶頂板及兩幫壓力較大，雖然改進了支護方式，縮小了錨桿間排距，但圍巖變形量明顯大于完整頂板，是以后長時間觀察控制的重點。根據(jù)長時間數(shù)據(jù)，圍巖整體承載能力還是比較穩(wěn)定，巷道的破壞程度明顯降低，基本處于穩(wěn)定狀態(tài)，控制效果理想，達到了巷道差異化支護的安全效果。

2.2 架棚支護

2.2.1 架棚方式

工作面回采用的機、風巷道，依據(jù)技術(shù)上安全可行，能較好控制頂板，確保巷道的穩(wěn)定，滿足通風、行人、運輸?shù)囊螅?jīng)濟上合理，便于提高掘進速度同時減少材料消耗的原則，均采用礦用11#工字鋼架梯形斷面，規(guī)格為（圖3）：2400mm×2400mm×2400mm（梁×腿×腿）、底扎3050mm，高2000mm，棚距650mm（壓力較大時棚距縮小為350mm，底扎放大150～300mm），用塘材棍、編織網(wǎng)腰幫過頂，塘材棍頂7對（350mm棚距時用7根）、兩幫各7根；頂部鋪單層笆片；頂、幫使用單層編織網(wǎng)，編織網(wǎng)壓茬不小于100mm，間隔200mm用16#鐵絲連好；如果壓力過大，為增加支護強度，減少巷道維護工作量，將巷道支護工字鋼梯形套棚改為工字鋼梯形對子棚。

2.2.2 實施效果

為了驗證實施效果，以便根據(jù)實際情況及時更改設(shè)計參數(shù)，在對子棚、密集棚、正常架棚區(qū)域選擇多個觀察點進行巷道變形量觀察（圖4），根據(jù)數(shù)據(jù)可以看出，我礦短期用于回采的臨時巷道用11#工字鋼架梯形架棚能夠確保安全，頂板破碎區(qū)域及風化區(qū)域根據(jù)壓力情況及時更改設(shè)計參數(shù)，縮小棚距及使用對子棚能夠有效的控制壓力的變化量。

架棚頂板變化量明顯小于兩幫變化量，說明金屬棚對頂板的支護能力較強，兩幫由于壓力較大，受力不均導致變化量較大。特別是在頂板及煤層風化區(qū)域和斷層破碎帶區(qū)域，雖然均采用了對子棚和密集棚進行有效的支護，但由于軟弱巖石無抗壓性，優(yōu)化了架棚方式但變形量比完整頂板巷道變化量大。

3 結(jié)束語

（1）煤礦巷道支護方式很多，巷道差異化支護的優(yōu)化重點就是根據(jù)現(xiàn)場實際情況確定支護方式。地質(zhì)條件是制約巷道支護方式的主要原因，差異化支護必須對巖性不同區(qū)域、構(gòu)造區(qū)域、風化區(qū)域、破碎區(qū)域、采空區(qū)區(qū)域進行分段進行研究、分析，根據(jù)壓力顯現(xiàn)情況及時優(yōu)化支護方式。

（2）工字鋼架梯形棚支護抗壓性比錨噴效果差，但對于回采巷道，服務年限不長的巷道可以用架棚支護，利于巷道可以快速掘進和減少材料耗材，回收利用率高等特點，能夠體現(xiàn)出巷道差異化支護的優(yōu)點。

作者簡介：劉衛(wèi)華（1962-），男，高級工程師，畢業(yè)于淮北煤炭學校采礦工程專業(yè)，現(xiàn)任皖北煤電有限責任集團公司百善煤礦礦長，長期從事煤炭生產(chǎn)技術(shù)管理工作。