楊志鵬

（山西新景煤業(yè)有限責任公司，山西 陽泉 045000）

1 工程概況

陽煤集團新景礦8118工作面位于8#煤蘆南區(qū)北翼西部，主采8#煤層，煤層均厚2.76m，結(jié)構(gòu)簡單，一般含有2層夾矸。煤層直接頂為黑色泥巖，均厚6.35m；基本頂為細粒砂巖，均厚7.31m；直接底為砂質(zhì)泥巖，均厚3.45m；基本底為中粒砂巖，均厚5.2m。工作面采用綜合機械化采煤方法。

8118工作面回風巷沿8#煤層底板掘進，巷道斷面為矩形，凈寬為4.4m，凈高為2.6m。巷道采用錨網(wǎng)索支護，錨桿為Φ22mm×2400mm，頂板和兩幫錨桿的間排距為800×1000mm，頂板錨索的間排距為1800×1000mm，錨索為Φ22mm×8300mm，采用二一二布置形式，鋼筋梯子梁寬度為100mm，長度為4.7m，金屬網(wǎng)片規(guī)格為5.4m×1.1m，如圖1所示。巷道在原有支護方式下，盡管支護密度較大，但支護效果并不明顯，頂?shù)装寮皟蓭妥冃瘟咳暂^大，支護整體性較差，不具備讓壓性能，導致來壓時支護結(jié)構(gòu)出現(xiàn)破壞。需對原有的支護參數(shù)做出調(diào)整，保證巷道圍巖穩(wěn)定。

圖1 8118工作面回風巷原有支護形式示意圖

2 煤巷低密度高強度支護原理

在8118工作面回風巷掘進過程中發(fā)現(xiàn)，巷道頂板為泥巖與砂巖互層的復合頂板，單一采用一次高強度的支護無法有效控制巷道的變形。針對8118工作面回風巷的圍巖情況，決定采用一次支護來實現(xiàn)圍巖的有限讓壓，以此達到降低圍巖應力的效果。對圍巖讓壓后再采用二次支護時增加錨桿（索）的聯(lián)結(jié)，并提升錨桿、錨索的錨固長度，保證回風巷圍巖的穩(wěn)定[1-3]。

采用低密度高強度支護方式的概念包括兩層含義：第一步為實現(xiàn)低密度支護。此階段采用的支護強度應在確保巷道安全穩(wěn)定的前提下，盡可能小的設置支護密度[4-5]；第二步為實現(xiàn)高強度支護。高強度支護的目的主要為有限讓壓之后，巷道所需的支護強度便會減小，再通過增加錨索之間的軸向連接，并補打錨桿、錨索，增加滯后安裝的錨桿（索）的錨固長度，以此保障巷道圍巖的穩(wěn)定。

根據(jù)低密度高強度支護原理并結(jié)合8118工作面回風巷圍巖壓力大、強度低、結(jié)構(gòu)差、底板易底鼓和頂板有淋水的情況，制定具體的支護技術(shù)與控制方法如圖2所示。

圖2 低密度高強度支護技術(shù)與控制方法

3 煤巷支護方案與效果

3.1 8118工作面回風巷支護方案

（1）臨時支護

由于前探梁存在著勞動強度大、支護效果差、護頂面積小等特點，另外新景礦煤巷的條件又不適合使用機載式臨時支護形式，故決定臨時支護形式采用玻璃鋼單體支柱。單體支柱的型號為DWB35-30型，在進行布置時采用玻璃鋼單體液壓支柱與金屬鉸接頂梁結(jié)合對頂板進行支撐，頂梁的長度為2m，每梁布置3根單體支柱，共布置三排，如圖3所示。

圖3 臨時支護方式示意圖

（2）永久支護

① 一次支護

頂板錨桿的間排距為2000×1100mm，錨桿直徑為Φ22mm，長度為2400mm。靠近兩幫的錨桿向巷幫方向傾斜成10°安裝，其余錨桿垂直于巷道頂板打設。錨桿的錨固長度為1.2m，錨桿的安裝預緊力大于300N·m。錨桿托盤采用拱形高強度托盤，同時采用規(guī)格為5.4m×2.3m、網(wǎng)孔規(guī)格為50×50mm的經(jīng)緯金屬網(wǎng)進行護幫護頂。頂板錨索間排距為2000×2200mm，每排打設2根錨索，錨索垂直于頂板打設。錨索型號為Φ22×8300mm的1×19股的鋼絞線，錨索的安裝預緊力為300kN，錨索采用一支MSK和兩支MSZ2360型樹脂型錨固劑對錨索進行錨固，錨固長度為2700mm，并在托盤與鎖具之間增加雙泡讓壓管裝置。

巷幫錨桿的間排距為850mm×1100mm，錨桿直徑為22mm，長度為2400mm。錨桿的型號為左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，每排安裝3根錨桿。靠近頂板的錨桿向頂板方向傾斜10°安裝，其余錨桿均垂直巷幫安裝。錨桿預緊力、錨固劑、托盤、金屬網(wǎng)及錨桿的錨固長度與頂板參數(shù)相同。

② 二次滯后支護距離的確定

根據(jù)8118工作面的地質(zhì)條件，利用FLAC3D數(shù)值模擬軟件建立數(shù)值模擬模型，模型尺寸為50m×50m×50m，模型劃分為142000個單元，對回風巷在一次支護方式下巷道掘進過程中頂?shù)装寮皟蓭鸵平窟M行模擬分析。從回風巷采用一次支護方案后到掘進工作面向前推進15m的過程進行持續(xù)分析，根據(jù)數(shù)值模擬結(jié)果能夠得出頂?shù)装?、兩幫移近量—推進距離的曲線圖，如圖4所示。

圖4 巷道圍巖變形量隨掘進距離的變化曲線

通過分析圖4（a）能夠得出，巷道在一次支護方式下頂?shù)装寮皟蓭偷囊平繒S著掘進距離的增大而逐漸增大。在掘進距離為0～5.5m的范圍段，頂?shù)装寮皟蓭偷囊平枯^大，其變化幅度較明顯；當掘進距離處于5.5～12.1m時，頂?shù)装?、兩幫的移近量增加幅度較??；但當掘進距離大于12.1m時，頂?shù)装寮皟蓭偷囊平康脑黾臃乳_始逐漸增大，巷道的一次支護已經(jīng)無法保證巷道圍巖的穩(wěn)定，應及時進行二次支護?；诖瞬⒔Y(jié)合8118工作面回風巷的具體條件，考慮到安全穩(wěn)定及施工方便等方面的因素，確定巷道二次支護的滯后時間為11m。

③ 二次支護

在8118工作面回風巷一次支護的基礎上，滯后掘進面11m進行巷道的二次支護作業(yè)。二次支護采用錨桿的型號與一次支護相同，在巷道頂板上補打兩根錨桿，錨桿垂直于巷道頂板打設。二次支護后頂板錨桿的間排距為1000mm×1100mm，補打的兩根錨桿的錨固長度為2000mm。頂板錨索型號與一次支護相同，在原本兩排錨索中間布置1根錨索，使得二次支護后錨索的布置形式為“二一二”形式。二次支護后錨索的間排距為2000mm×1100mm，錨索采用兩支MSK2335和兩支MSZ2360型樹脂藥卷進行錨固，錨固長度為3350mm。巷道兩幫在靠近底板的位置處各補打1根錨桿，錨桿的錨固長度為2000mm。在巷道頂板及兩幫安裝由兩根直徑為16mm焊接成的鋼筋梯子梁，其長×寬=4700×100mm，通過鋼筋梯子梁增加錨桿（索）間的軸向連接，如圖5所示。

圖5 8118工作面回風巷永久支護示意圖

3.2 支護質(zhì)量監(jiān)測

為驗證8118工作面采用低密度高強度的支護方案的效果，通過十字布點法對回風巷的表面位移進行持續(xù)觀測。在巷道內(nèi)共布置三個測站，測站間間隔為50m，每兩天對巷道圍巖的位移進行一次觀測，持續(xù)觀測50d。根據(jù)礦壓觀測數(shù)據(jù)能夠得巷道表面位移的曲線圖，如圖6所示。

通過分析圖6能夠看出，巷道三個不同位置的測站基本呈現(xiàn)出一致的變化趨勢。1號測站在0～25d內(nèi)巷道圍巖變形量較大，頂?shù)装遄畲笠平繛?41mm，兩幫最大移近量為148mm，頂?shù)装宓淖冃嗡俾蕿?.6mm/d，兩幫變形速率為6.6mm/d。2號測站的頂?shù)装遄畲笠平繛?10mm，兩幫最大移近量為148mm，頂?shù)装宓淖冃嗡俾蕿?.4mm/d，兩幫變形速率為5.9mm/d。3號測站的頂?shù)装遄畲笠平繛?04mm，兩幫最大移近量為132mm，頂?shù)装宓淖冃嗡俾蕿?.2mm/d，兩幫變形速率為5.3mm/d。在25～50d，3個測站巷道頂?shù)装寮皟蓭鸵平烤颈３址€(wěn)定，這即表明巷道圍巖已經(jīng)處于穩(wěn)定狀態(tài)。根據(jù)三個測站的監(jiān)測結(jié)果能夠得出，巷道頂?shù)装宓淖畲笠平繛?44mm，兩幫最大移近量為166mm，巷道圍巖變形量得到了有效控制。

圖6 巷道圍巖移近量隨時間變化曲線

4 結(jié)論

通過分析8118工作面回風巷在現(xiàn)有支護方案下存在的問題，結(jié)合煤巷低密度高強度支護原理對回風巷的支護方案進行優(yōu)化。礦壓監(jiān)測結(jié)果顯示，在回風巷低密度高強度支護方案實施后，頂?shù)装宓淖畲笠平繛?44mm，兩幫最大移近量為166mm，解決了巷道圍巖變形量大的問題，保證了巷道圍巖的穩(wěn)定。