摘 要：本文依據(jù)二龍煤礦煤層地質(zhì)概況，采用動(dòng)態(tài)信息設(shè)計(jì)結(jié)合理論分析對(duì)二龍煤礦巷道錨桿支護(hù)方案進(jìn)行研究，得出二龍煤礦1207工作面變形控制巷道的支護(hù)方案，確定二龍煤礦巷道圍巖破壞深度，二龍煤礦巷道頂部、幫部錨桿長度、間距及數(shù)量。

關(guān)鍵詞：變形；錨桿；巷道控制；支護(hù)方案

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.12.065

0 引言

二龍煤礦位于盈余山向斜的西翼，二龍煤礦埋深西部較淺，東部埋深較大，井田南北長7.32km、東西寬度2.15km，面積18.76km2 。二龍煤礦主斜井口地面標(biāo)高+1517m，現(xiàn)開采的水平標(biāo)高為+1121m，煤田地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，斷層發(fā)育較多，因?yàn)樵斐擅簬r連續(xù)性較差，另外煤層埋深較大，礦山壓力顯現(xiàn)強(qiáng)烈，工作面在回采過程中，巷道變形嚴(yán)重，普通巷道支護(hù)方式難以取得很好的效果，維修費(fèi)用巨大，并且占用大量的人力物力，并且還會(huì)影響采區(qū)的正常生產(chǎn)和礦井二水平開拓延深。例如，二龍煤礦在2012年采取維修方式修復(fù)巷道6.23km，占礦井全部巷道進(jìn)尺的52.5%，維修成本年均花費(fèi)3500萬，其中個(gè)別地質(zhì)條件特別復(fù)雜段巷道反復(fù)整修。因此，由于生產(chǎn)需求，急需解決二龍煤礦的巷道變形大的支護(hù)難題。通過理論研究確定最優(yōu)的支護(hù)方案。

大量研究表明，大變形巷道主要因?yàn)閹r體本身整體性差，強(qiáng)度較弱，巷道開挖后自穩(wěn)能力較弱，加之采動(dòng)及埋深影響，進(jìn)一步加劇巷道變形。但是合理設(shè)計(jì)巷道的支護(hù)形式、參數(shù)能夠有效控制巷道變形，進(jìn)而減弱巷道變形對(duì)巷道造成的破壞和損失，提高礦井經(jīng)濟(jì)效益。巷道支護(hù)形式與對(duì)于控制巷道變形影響緊密。錨桿支護(hù)對(duì)于防止巷道因變形而破壞具有明顯的優(yōu)越性。錨桿支護(hù)屬于柔性支護(hù)、主動(dòng)支護(hù)，它隨圍巖的整體位移而移動(dòng)，錨桿支護(hù)可以吸收巷道變形積聚的能量，在巷道發(fā)生大變形后仍可保持其支護(hù)作用。因此軟巖大變形巷道采用錨桿支護(hù)可以有效的抵抗巷道變形影響。對(duì)于大變形巷道控制變形，進(jìn)而吸取變形能是支護(hù)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，合理的支護(hù)形式和支護(hù)參數(shù)可以充分發(fā)揮錨桿支護(hù)的優(yōu)越性，并且提高巷道的抗變形能力。

1 大變形巷道支護(hù)分析

任何巷道的設(shè)計(jì)都是一個(gè)動(dòng)態(tài)完善的剛才，不是一次完成的。動(dòng)態(tài)信息設(shè)計(jì)法需要利用每個(gè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)提供的信息，并且進(jìn)行收集、分析、反饋。對(duì)于變形控制巷道，該設(shè)計(jì)方法包括4部分：（1）巷道變形危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)、（2）巷道初始設(shè)計(jì)、（3）井下礦壓監(jiān)測(cè)、（4）信息反饋及修正設(shè)計(jì)。巷道變形控制性評(píng)價(jià)目前主要采用綜合指數(shù)法進(jìn)行評(píng)價(jià)，包括地質(zhì)因素和開采技術(shù)因素，為巷道的初始設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)參數(shù)；初始設(shè)計(jì)以理論分析設(shè)計(jì)和數(shù)值模擬計(jì)算方法為主，并采用工程類比設(shè)計(jì)法確定合理的初始設(shè)計(jì)參數(shù)；將初始設(shè)計(jì)實(shí)施于現(xiàn)場(chǎng)，并進(jìn)行巷道圍巖監(jiān)測(cè)；最后根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果評(píng)價(jià)巷道的支護(hù)效果，以及巷道的抗沖擊能力，必要時(shí)修正初始設(shè)計(jì)。

1.1 巷道變形控制性評(píng)價(jià)

對(duì)于巷道變形，我們可以采用綜合指數(shù)法評(píng)價(jià)巷道變形控制性評(píng)價(jià)。簡(jiǎn)單而言主要包括以下幾方面：

（1）煤巖的物理力學(xué)性質(zhì)。對(duì)試樣進(jìn)行抗拉、抗壓測(cè)試，通過計(jì)算得出彈性能指數(shù)、單軸抗壓、抗拉強(qiáng)度。

（2）頂板巖層結(jié)構(gòu)組成，厚層堅(jiān)硬頂板結(jié)構(gòu)容易聚積彈性能，進(jìn)而造成附近區(qū)域巷道變形嚴(yán)重。

（3）地質(zhì)構(gòu)造及圍巖結(jié)構(gòu)對(duì)巷道變形的影響。實(shí)踐證明，斷層、褶曲等地質(zhì)構(gòu)造對(duì)變形控制巷道變形有較大影響，尤其是斷層區(qū)域，破壞嚴(yán)重，煤巖體大多呈塊狀，連續(xù)性、膠結(jié)性差。

（4）采掘影響。工作面與采空區(qū)的位置關(guān)系，以及巷道掘進(jìn)與采動(dòng)影響的時(shí)間關(guān)系、采動(dòng)次數(shù)等，是影響巷道變形的重要因素。

綜上所述，二龍煤礦回采的二采區(qū)埋深變化大，頂板中存在一層距離巷道較近的厚層砂礫巖，采區(qū)內(nèi)斷層比較發(fā)育，并且經(jīng)過力學(xué)實(shí)驗(yàn)測(cè)定巷道周邊煤巖體強(qiáng)度較低，輸入二類軟巖。因而巷道掘進(jìn)過程變形較大。

1.2 初始設(shè)計(jì)

在巷道變形控制性評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，采取理論計(jì)算的方法，根據(jù)巷道圍巖參數(shù)和已有的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)確定出有針對(duì)性的支護(hù)參數(shù)。進(jìn)行巷道支護(hù)設(shè)計(jì)，可分析巷道圍巖位移、應(yīng)力計(jì)破壞范圍分布，支護(hù)體受力狀況；不同支護(hù)方案的支護(hù)效果；確定合理的支護(hù)參數(shù)。對(duì)于具有變形控制性的巷道，需計(jì)算各種支護(hù)方案的巷道抗變形能力，最后確定適合控制變形巷道的支護(hù)參數(shù)。

1.3 變形控制巷道的全面監(jiān)測(cè)

根據(jù)理論計(jì)算確定的支護(hù)方案，進(jìn)行井下施工后，本礦井主要以1207工作面為研究對(duì)象，為檢驗(yàn)效果，必須對(duì)施工巷道進(jìn)行合理、全面的監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)內(nèi)容主要包括巷道表面位移。

1.4 完善支護(hù)設(shè)計(jì)

根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)評(píng)價(jià)理論支護(hù)方案對(duì)巷道的抗變形能力進(jìn)行評(píng)價(jià)，若初始設(shè)計(jì)沒有達(dá)到預(yù)期的控制巷道變形的能力，則需要對(duì)初始設(shè)計(jì)進(jìn)行修改，完善支護(hù)設(shè)計(jì)及優(yōu)化支護(hù)參數(shù)。

2 1207工作面巷道支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)

根據(jù)二龍煤礦一采區(qū)已經(jīng)回采的工作面巷道變形特點(diǎn)為依據(jù)，進(jìn)行二采區(qū)工作面巷道變形控制支護(hù)方案的設(shè)計(jì)，確定該工作的巷道存在強(qiáng)變形控制性。采用錨桿動(dòng)態(tài)信息設(shè)計(jì)法進(jìn)行錨桿、錨索聯(lián)合支護(hù)參數(shù)的計(jì)算。理論計(jì)算以自然平衡拱理論為依據(jù)。

2.1 圍巖破壞范圍計(jì)算

圍巖破壞的深度對(duì)于巷道支護(hù)方案選擇至關(guān)重要，破壞深度淺巷道支護(hù)方案就簡(jiǎn)單，破壞深度越大，代表巷道變形越大，巷道圍巖越破碎，煤層巷道煤幫破壞深度C（m），根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)相關(guān)數(shù)據(jù)，由下式確定：

式中KCX取1.23；取2.5kN/m3；H取1000m；B取1；單軸礦壓強(qiáng)度19Mpa，所以取1.9；h取5m；取30°。

根據(jù)C的計(jì)算結(jié)果可以判斷圍巖破壞情況，經(jīng)過理論計(jì)算可知，表征煤巖體破快，二龍煤礦1207巷道圍巖處于破壞狀態(tài)。

利用相對(duì)于層理的發(fā)線計(jì)，進(jìn)行二龍煤礦巷道頂板巖層的破壞深度，按如下公式進(jìn)行計(jì)算：

2.2 確定工作面巷道圍巖壓力

圍巖壓力對(duì)于確定巷道斷面，錨桿錨固力以及頂板支架壓力有重要影響，具體按照下述公式：

2.3 確定二龍煤礦二采區(qū)支護(hù)錨桿長度

頂板錨桿長度： 頂部錨桿取2.4m。

煤幫錨桿長度： 煤幫錨桿取2.4m。

2.4 確定二龍煤礦合理的巷道錨桿間排距

錨桿排距（m）按下式確定：

錨桿排拒取0.7m。

式中：z為錨桿錨入自然平衡拱范圍之外的額定深度，取0.35m。

錨桿錨固力大小對(duì)于巷道支護(hù)至關(guān)重要，根據(jù)二龍煤礦實(shí)測(cè)巖石硬度確定錨桿錨固力大小，按如下公式計(jì)算：

利用力的平衡確定二龍煤礦巷道錨桿支護(hù)密度，即每排錨桿的數(shù)量：

二龍煤礦巷道頂板每排錨桿數(shù)取5。

通過理論計(jì)算，確定二龍煤礦圍巖壓力，巷道破壞深度以及錨桿的長度及密度。最終確定二龍煤礦巷道頂板錨桿支護(hù)方案。

3 支護(hù)效果檢驗(yàn)

二龍煤礦在回采1207工作面期間科學(xué)合理的對(duì)巷道變形特征及錨桿受力特征進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。通過變形收斂?jī)x進(jìn)行巷道收斂變形監(jiān)測(cè)?；夭善陂g共建立四個(gè)監(jiān)測(cè)臺(tái)站，巷道試驗(yàn)區(qū)域每15m設(shè)置一組巷道收斂變形觀測(cè)點(diǎn)，每隔4天記錄一次監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。試驗(yàn)巷道每7.5m還設(shè)一個(gè)錨桿錨固力觀測(cè)站，每個(gè)測(cè)站安裝2臺(tái)錨桿測(cè)力計(jì)對(duì)錨桿錨固力計(jì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)每1天收集一次。以便對(duì)不同地點(diǎn)不同時(shí)期的錨桿初錨力、工作錨固力有一個(gè)比較準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)。

通過回采期間的數(shù)據(jù)觀測(cè)和分析表明，二龍煤礦1207工作面巷道的頂?shù)装迨諗孔冃瘟枯^小，但有個(gè)別U型鋼棚卡子的螺栓被拉斷現(xiàn)象。巷道支護(hù)段的頂板離層量小，巷道圍巖整體性比之前有較大改善，巷道整體收斂變形，數(shù)據(jù)分析可知頂?shù)装逡平俣绕骄?2.5mm/月。錨桿錨固力在監(jiān)測(cè)期間隨巷道變形量增加而變大，但整體上未超出其設(shè)計(jì)最大錨固力。通過現(xiàn)場(chǎng)對(duì)巷道變形及錨桿錨固力的監(jiān)測(cè)表明巷道錨桿支護(hù)方案設(shè)計(jì)合理。

4 結(jié)論

根據(jù)二龍煤礦1207工作面的地質(zhì)概況，通過理論分析。采用動(dòng)態(tài)信息設(shè)計(jì)法進(jìn)行錨桿支護(hù)參數(shù)的計(jì)算，得出二龍煤礦1207工作面變形控制巷道的支護(hù)方案。確定二龍煤礦圍巖破壞深度，巷道頂部、幫部錨桿長度，錨桿間距及錨桿數(shù)量。

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作者簡(jiǎn)介：楊瀧（1992-），貴州天柱人，從事礦山壓力與控制研究。