張學(xué)忠

（西山煤電集團(tuán)公司總調(diào)度室，山西 太原 030053）

1 工程概況

斜溝煤礦16502綜采工作面布置在斜溝煤礦一水平15采區(qū)，工作面可采走向長(zhǎng)度為2638.2m，傾斜長(zhǎng)度為175.4m，煤層厚度為1.73m。工作面總體為一走向近南北、傾向西的單斜構(gòu)造，傾角為9.7～10.6°，平均10.3°，煤層為黑色，暗煤為主，少量亮煤，條帶狀結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造，內(nèi)生裂隙發(fā)育。煤層受古河流沖蝕沉積影響，局部形成全巖段。煤質(zhì)牌號(hào)為氣煤?；卷敒橹写至Ｉ皫r，平均厚度15.05m；直接頂為泥巖，平均厚度3.71m；直接底為泥巖，平均厚度為1.41m；基本底為中粗粒砂巖，平均厚度為13.72m。工作面可采儲(chǔ)量為110.27萬t。

2 回采巷道圍巖變形破壞原因分析

16502綜采工作面回采巷道已掘巷道頂板下沉量較大，巷道多處發(fā)生墜包和錨桿托盤內(nèi)部煤層冒空現(xiàn)象，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)布置測(cè)點(diǎn)測(cè)試與分析，主要原因：

（1）錨桿預(yù)緊力矩太小，支護(hù)效果差，錨桿支護(hù)潛力遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有發(fā)揮出來[1]。

（2）錨桿安裝機(jī)具不合適，錨桿的預(yù)應(yīng)力較小，不能充分發(fā)揮高強(qiáng)錨桿的作用，施工機(jī)具有待進(jìn)一步完善。

（3）錨桿打設(shè)未垂直巷道頂板，多處錨桿螺母和托盤之間點(diǎn)接觸或者線接觸，錨桿支護(hù)效果差，巷道表面圍巖變形或者破碎后，錨桿很容易失效。

（4）錨索安裝后錨桿未進(jìn)行二次緊固，導(dǎo)致錨桿支護(hù)預(yù)緊力損失甚至錨桿支護(hù)失效[2]。

（5）巷道幫錨桿頂角處空幫較多，無效錨桿較多。

（6）錨桿未使用減摩墊圈，錨桿螺母和托盤之間的摩擦力太大，錨桿預(yù)緊力矩轉(zhuǎn)化為錨桿托力效率太低。

（7）鋼筋梯子梁尺寸單一，不能適應(yīng)不同條件的圍巖，容易引起支護(hù)力下降或錨桿支護(hù)失效[3]。

（8）開掘巷道過程中圍巖應(yīng)力重新分布，巷道兩側(cè)出現(xiàn)了基本對(duì)稱性分布的應(yīng)力集中，導(dǎo)致巷道兩幫變形比較嚴(yán)重。

通過上述分析，該回采巷道目前采用的錨網(wǎng)支護(hù)參數(shù)，還需要優(yōu)化改進(jìn)。

3 回采巷道錨桿、錨索支護(hù)參數(shù)

16502綜采工作面回采巷道毛寬4700mm、毛高3600mm。巷道錨桿、錨索布置圖如圖1所示。巷道頂板確定布置6根錨桿，錨桿間距850mm；巷道兩幫各布置4根錨桿，間距為1000mm，錨桿排距確定為1000mm。支護(hù)參數(shù)為：

（1）頂板錨桿。巷道頂板錨桿采用Ф20mm×2400mm左旋螺紋鋼高強(qiáng)錨桿，匹配150mm×150mm×10mm高強(qiáng)螺母與高強(qiáng)拱形托盤。錨桿角度：兩頂角處錨桿分別向外傾斜15o，其他錨桿均垂直頂板布置。打鉆時(shí)孔直徑為28mm，樹脂藥卷規(guī)格為K2335和Z2360各1支。巷道頂板配以金屬網(wǎng)與鋼筋梯子梁進(jìn)行輔助支護(hù)，其巷道頂部梯子梁有效長(zhǎng)度是4700mm，用規(guī)格Ф14mm的鋼筋自行加工；巷道頂板金屬網(wǎng)采用4700mm×1200mm菱形網(wǎng)，相鄰網(wǎng)搭接約100mm，用鐵絲進(jìn)行連接。施工時(shí)候錨桿預(yù)緊力矩不少于200N·m。

（2）頂板錨索。確定用Ф17.8mm，長(zhǎng)5.3m的1×7股的高強(qiáng)錨索，錨索的有效長(zhǎng)度為5.0m左右，錨索間距1700mm，錨索一排布置2根，排距2.0m。錨索用3支型號(hào)Z2350樹脂錨固劑錨固，樹脂藥卷理論錨固長(zhǎng)度為1.45m,在錨索錨固端1.4m加擋圈，錨索托盤匹配300mm×300mm×12mm的高強(qiáng)平托盤，施工時(shí)候錨索預(yù)緊力應(yīng)≥200kN。遇煤層厚度變化較大的地段，錨索長(zhǎng)度可根據(jù)需要調(diào)整，錨索應(yīng)深入煤層頂板3000～4000mm。

（3）兩幫錨桿。用左旋螺紋鋼高強(qiáng)錨桿，錨桿鋼材屈服強(qiáng)度不少于335MPa，錨桿型號(hào)Ф20mm×2000mm；匹配150mm×150mm×10mm托盤。錨桿角度布置成頂角向頂傾斜15o左右,底角處錨桿向底傾斜10o左右，其他錨桿均垂直兩幫布置。打鉆時(shí)孔直徑28mm，每孔放置型號(hào)K2335與Z2360兩支樹脂藥卷[4]。梯子梁采用Ф10～12mm的鋼筋自行制作（梯子梁鋼筋比頂板稍細(xì)），長(zhǎng)度為3600mm，兩端封閉；巷道兩幫金屬網(wǎng)為3600mm×1200mm菱形網(wǎng)，相鄰網(wǎng)之間搭接大約100mm，用鐵絲來進(jìn)行連結(jié)。煤柱側(cè)錨桿預(yù)緊力矩應(yīng)大于300N·m。錨桿安裝后需要進(jìn)行二次緊固。

圖1 薄煤層回采巷道錨桿、錨索布置

4 回采巷道圍巖變形觀測(cè)分析

為分析薄煤層回采巷道支護(hù)效果，采用“十”字布點(diǎn)法布置觀測(cè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)巷道頂?shù)装寮皟蓭鸵平縖5]，每隔40m布置一個(gè)，連續(xù)觀測(cè)7周并記錄數(shù)據(jù)。現(xiàn)隨機(jī)選取巷道中相距50m的觀測(cè)點(diǎn)的觀測(cè)數(shù)據(jù)匯總，薄煤層回采巷道圍巖變形位移曲線如圖2所示。

圖2 薄煤層回采巷道圍巖變形位移曲線

由圖2可知，測(cè)點(diǎn)的巷道兩幫及頂?shù)装遄冃乌厔?shì)基本一致，都在掘巷后半個(gè)月內(nèi)，圍巖變形增長(zhǎng)較迅速，而半個(gè)月后，巷道變形速率開始變小，掘巷40d后變形量開始趨于穩(wěn)定，最終測(cè)點(diǎn)兩幫及頂?shù)装逡平糠謩e達(dá)220mm和200mm。由此可見，通過改進(jìn)薄煤層回采巷道的支護(hù)，提高了圍巖穩(wěn)定性，很好地控制了圍巖變形，支護(hù)效果良好。