徐 鵬

(霍州煤電集團(tuán)有限責(zé)任公司團(tuán)柏煤礦，山西 霍州 031400)

團(tuán)柏煤礦回采巷道受采動(dòng)影響明顯，存在支護(hù)形式與參數(shù)選擇不合理的現(xiàn)象，造成支護(hù)強(qiáng)度不足，不能有效限制圍巖變形，致使巷道支護(hù)破壞，加大巷道維修工程量，甚至出現(xiàn)冒頂片幫事故，浪費(fèi)支護(hù)耗材，影響開(kāi)掘進(jìn)度。以11-1052巷在采動(dòng)影響的情況下為工程背景，提出初始設(shè)計(jì)。

1 工程概況

團(tuán)柏煤礦11-105工作面所在的11號(hào)煤層平均厚度為3.3m。1052巷沿11號(hào)煤層頂板掘進(jìn)，0.5m厚泥巖偽頂不予保留，偽頂之上依次是平均厚度4.2m的細(xì)砂巖和平均厚度2.3m的粉砂巖。11號(hào)煤層比較完整，裂隙節(jié)理不發(fā)育，屬自燃煤層，煤塵具有爆炸性。11-1052巷與10-1171巷重疊布置，離上覆10號(hào)煤采空區(qū)10-1192巷保安煤柱12.5m。11-105工作面開(kāi)切眼長(zhǎng)為140m，其與鄰近巷道的位置關(guān)系見(jiàn)圖1。

因?yàn)橐?1-1041巷旁邊開(kāi)掘11-1052巷，掘進(jìn)期間11-104工作面開(kāi)始回采，故11-1052巷將要面臨和11-104工作面對(duì)穿時(shí)出現(xiàn)的支護(hù)困難。

圖1 11-105工作面巷道布置剖面圖

2 11-1052巷道穩(wěn)定性分析

通過(guò)數(shù)值模擬分析11-1052巷圍巖的穩(wěn)定性，圍巖應(yīng)力分布及位移分布分別見(jiàn)圖2和圖3。

由圖2知，當(dāng)受到鄰近11-104工作面回采影響時(shí)，水平應(yīng)力在11-1052巷煤柱幫側(cè)頂、底角處達(dá)到10～20MPa，但在整個(gè)巷幫處分布相對(duì)小些，為 0～10MPa，在頂板上為 20～30MPa，表明巷頂板容易出現(xiàn)水平錯(cuò)動(dòng)，應(yīng)采用高抗剪強(qiáng)度的錨桿進(jìn)行支護(hù)。垂直應(yīng)力在圍巖表面為0～5MPa，頂、底角處為5～15MPa，而在煤柱側(cè)幫深部則達(dá)到35～40MPa。

圖2 11-1052巷圍巖應(yīng)力分布

圖3 11-1052巷圍巖位移分布

圖3顯示，巷道煤柱幫側(cè)圍巖變形嚴(yán)重，頂角處垂直位移和水平位移分別達(dá)到100～150mm和150～200mm，巷幫處垂直位移和水平位移分別達(dá)到50～100mm和250～330mm。顯然，應(yīng)重點(diǎn)預(yù)防頂角冒落和煤柱幫片幫。

11-1052 巷掘進(jìn)時(shí)將和11-104回采面對(duì)穿，巷道對(duì)穿前系沿空留巷，對(duì)穿后變?yōu)檠乜站蛳?，雖然1052巷與104回采面之間留設(shè)煤柱，但由于回采影響煤柱幫變形較大，直接頂巖性較弱，頂板下沉量也不可忽視，建議加長(zhǎng)回采時(shí)超前支護(hù)的距離，改善基礎(chǔ)支護(hù)的強(qiáng)度，提升煤柱幫的穩(wěn)定性。

3 11-1052巷道支護(hù)設(shè)計(jì)

3.1 巷道支護(hù)參數(shù)選取依據(jù)

（1）錨桿長(zhǎng)度。隨著錨桿長(zhǎng)度的增加，錨桿全長(zhǎng)中上部分和兩錨桿之間中部圍巖的壓應(yīng)力會(huì)相應(yīng)減小，使錨桿預(yù)應(yīng)力作用降低、主動(dòng)支護(hù)性減弱。因此，為提高頂板錨桿預(yù)應(yīng)力，應(yīng)選用合適的錨桿長(zhǎng)度。

（2）錨桿間排距。當(dāng)錨桿間排距縮小到一定程度后，會(huì)使單根錨桿形成的錐形壓應(yīng)力區(qū)過(guò)度疊加，阻礙錨桿預(yù)應(yīng)力的擴(kuò)散，從而降低錨桿預(yù)應(yīng)力作用[1-2]。所以，設(shè)計(jì)時(shí)將考慮通過(guò)增加錨桿間排距來(lái)提升錨桿預(yù)應(yīng)力。

（3）錨桿角度。隨著頂板角錨角度的增加，角錨桿和中部錨桿各自的壓應(yīng)力區(qū)逐漸分離，疊加區(qū)域越來(lái)越小，頂板支護(hù)的整體性減弱。可見(jiàn)小角度角錨是有宜的，故此次設(shè)計(jì)擬將角錨桿沿頂板法線布置。

（4）鋼帶強(qiáng)度。鋼帶實(shí)現(xiàn)了錨桿預(yù)應(yīng)力的有效擴(kuò)散，顯著提高了對(duì)錨桿之間圍巖的支護(hù)作用。因此，決定采用高強(qiáng)度鋼帶改善支護(hù)系統(tǒng)的整體支護(hù)效果[3]。

（5）錨索長(zhǎng)度。與錨桿類似，隨著錨索長(zhǎng)度增加，兩錨索之間中部圍巖的壓應(yīng)力逐漸減小，表明錨索對(duì)其間圍巖的補(bǔ)強(qiáng)作用不斷減弱?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐表明，高預(yù)應(yīng)力的短錨索比低預(yù)應(yīng)力的長(zhǎng)錨索支護(hù)效果好[4-5]。所以，高強(qiáng)短錨索定為本次設(shè)計(jì)首選。

3.2 巷道支護(hù)方案

綜合以上分析，提出如下11-1052巷道支護(hù)方案。支護(hù)斷面圖見(jiàn)圖4。

（1）頂板支護(hù)。錨桿為22#左旋無(wú)縱筋螺紋鋼筋，長(zhǎng)度2000mm，鋼材屈服強(qiáng)度為335MPa，桿尾螺紋為M24，螺紋長(zhǎng)度150mm，配高強(qiáng)度螺母。錨桿排距900mm，每排6根錨桿，間距750mm。錨固方式為樹(shù)脂加長(zhǎng)錨固，錨固長(zhǎng)度1270mm，配CK2340和Z2360樹(shù)脂錨固劑各一個(gè)。托盤(pán)為150×150×8mm的拱型高強(qiáng)度托盤(pán)，托盤(pán)高不低于38mm，配調(diào)心球墊和減摩墊圈。采用單體錨桿配W鋼護(hù)板，規(guī)格為厚度4mm，寬280mm，長(zhǎng)度450mm。采用10#鐵絲編織的菱形金屬網(wǎng)護(hù)頂，網(wǎng)孔規(guī)格為50×50mm，網(wǎng)片規(guī)格為4700×1000mm。錨桿預(yù)緊扭矩不低于350N·m。

錨索為Ф21.6mm，1×7股高強(qiáng)度低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線，長(zhǎng)度5300mm（層間距變厚時(shí)錨索相應(yīng)加長(zhǎng)），采用樹(shù)脂加長(zhǎng)錨固，選用一支KC2340和兩支Z2360樹(shù)脂錨固劑，錨固長(zhǎng)度2000mm。錨索布置方式為“二·三”布置，間排距1600×1800mm/1500×1800mm。錨索安裝在兩排錨桿間頂板中部。用300×300×14mm拱形高強(qiáng)錨索托板，托板高不低于60mm，配調(diào)心球墊。錨索張拉預(yù)緊力200～250kN。

（2）巷幫支護(hù)。錨桿為22#左旋無(wú)縱筋螺紋鋼筋，長(zhǎng)度2500mm，鋼材屈服強(qiáng)度為335MPa，桿尾螺紋為M24，螺紋長(zhǎng)度150mm，配高強(qiáng)度螺母。錨桿排距900mm，每排每幫3根錨桿，間距1000mm。錨固方式為樹(shù)脂端部錨固，采用一支規(guī)格為Z2360。鉆孔直徑為30mm，錨固長(zhǎng)度為780mm。托盤(pán)及W鋼護(hù)板規(guī)格同頂錨。菱形金屬網(wǎng)孔規(guī)格為50×50mm，網(wǎng)片規(guī)格為2700×1000mm。 錨桿預(yù)緊扭矩不低于350N·m。

錨索為Ф21.6mm，1×7股高強(qiáng)度低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線，長(zhǎng)度4300mm，采用樹(shù)脂加長(zhǎng)錨固，采用一支KC2340和兩支Z2360樹(shù)脂錨固劑，錨固長(zhǎng)度2000mm。每排每幫施工一根錨索，排距1800mm。錨索安裝在兩排錨桿間巷幫中部。錨索托板規(guī)格同頂錨。錨索張拉預(yù)緊力200～250kN。

4 支護(hù)效果評(píng)價(jià)

采用十字布點(diǎn)法安設(shè)位移計(jì)對(duì)巷道表面位移進(jìn)行觀測(cè)，其結(jié)果見(jiàn)圖5。可以看出：巷道支護(hù)后23d，巷道表面變形趨于穩(wěn)定，回采巷道兩幫移近量為200～250mm，平均為225mm；頂板絕對(duì)下沉量為70～120mm，平均為95mm，顯示巷道兩幫收縮量與頂板下沉量符合巷道斷面尺寸的變形要求。

通過(guò)成本核算，11-1052巷每米支護(hù)材料費(fèi)用為2080.99元，見(jiàn)表1，與11-1042巷每米支護(hù)材料成本2240.21元相比，在保障巷道安全的前提下，節(jié)約支護(hù)材料費(fèi)用159.22元，使支護(hù)成本降低7.1%。

表1 11-1052巷每米巷道支護(hù)材料成本

5 結(jié) 語(yǔ)

在分析11-1052動(dòng)壓巷道圍巖應(yīng)力位移分布規(guī)律基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)煤柱幫受力及位移均較大，最大內(nèi)移量達(dá)330mm，通過(guò)適度減小錨桿和錨索長(zhǎng)度、加大錨桿間排距、減小頂錨角度以及采用高強(qiáng)度鋼板等手段，提高錨桿錨索支護(hù)強(qiáng)度，滿足動(dòng)壓巷道支護(hù)要求，且節(jié)約支護(hù)成本7.1%，實(shí)現(xiàn)了安全與經(jīng)濟(jì)效益的提高。

圖4 11-1052巷道支護(hù)斷面圖

圖5 巷道表面位移變化曲線