趙 云

（山西蘭花集團(tuán)東峰煤礦有限公司，山西 晉城 048000）

0 引言

隨著我國煤炭開采技術(shù)與裝備的發(fā)展，采煤工作面高度不斷加大，工作面配備的采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)以及液壓支架運(yùn)輸尺寸增大的同時(shí)，工作面煤炭產(chǎn)量也在不斷升高，工作面皮帶尺寸加大，工作面需風(fēng)量增大[1]。這就對巷道的斷面提出了新的要求，必須在巷道寬度與高度方面有一定的拓展[2]。在巷道跨度增加之后，圍巖應(yīng)力增大，圍巖失穩(wěn)破壞，嚴(yán)重影響巷道安全使用。眾多學(xué)者針對這一問題，進(jìn)行了廣泛的研究。學(xué)者王成[3]針對成莊礦5312工作面大斷面回風(fēng)巷受工作面動壓擾動失穩(wěn)問題，利用數(shù)值模擬與理論分析的方法，對大斷面巷道圍巖的失穩(wěn)破壞與巷道圍巖運(yùn)移非對稱性機(jī)理進(jìn)行了分析，并提出了新的錨索網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)方案，縮短了錨桿、錨索間排距，增加了錨索的長度。改進(jìn)支護(hù)方案在該巷道進(jìn)行應(yīng)用之后，巷道圍巖得到了良好的控制，保障了巷道的安全高效應(yīng)用。學(xué)者李雪佳[4]基于上灣礦12105大采高工作面大斷面回風(fēng)順槽支護(hù)的工程實(shí)際，采用FLAC3D數(shù)值模擬軟件對大斷面巷道跨度影響進(jìn)行了研究，結(jié)合理論分析提出了新的合理的支護(hù)方案，并得到現(xiàn)場應(yīng)用，取得成功。但現(xiàn)有研究主要集中于理論與數(shù)值模擬部分，不能夠產(chǎn)生普適結(jié)論，在解決具體礦井問題時(shí)，還必須針對具體生產(chǎn)實(shí)際進(jìn)行研究。

本文依托東峰煤礦生產(chǎn)實(shí)際，實(shí)地調(diào)研巷道地質(zhì)與巷道斷面該礦。理論分析巷道跨度與巷道煤層強(qiáng)度對巷道圍巖穩(wěn)定性的影響，并對錨桿、錨索的設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并進(jìn)行了現(xiàn)場應(yīng)用。并通過現(xiàn)場鉆孔窺視與巷道表面位移監(jiān)測，對支護(hù)形式進(jìn)行效果判定。

1 工程概況

1.1 地質(zhì)條件

東峰煤礦3#煤厚平均厚度5.93m，局部有1～2層塊狀夾矸。該工作面煤層為近水平、厚煤層、穩(wěn)定煤層，傾角為1°～7°，煤層構(gòu)造整體為單斜構(gòu)造，斷層與陷落柱零星分布，煤層地質(zhì)與水文地質(zhì)條件簡單。該煤層最大埋深為391m，最小埋深為248m。煤層頂?shù)装迩闆r，見表1。

表1 煤層頂?shù)装迩闆r表

1.2 巷道概況

3201軌道順槽沿3號煤層底板掘進(jìn)，為有效保障綜采放頂煤工作面支架以及可伸縮皮帶運(yùn)輸機(jī)的順利安裝，設(shè)計(jì)該巷道為矩形斷面，凈寬為5.0m，凈高3.3m，斷面積16.5m2；掘進(jìn)寬度5.2m，掘進(jìn)高度3.4m，掘進(jìn)斷面積17.68m2，為全煤巷道。

2 大斷面全煤巷道失穩(wěn)理論分析

2.1 巷道跨度影響

開挖巷道之后，破壞了巷道周圍圍巖的地應(yīng)力原有分布，引起地應(yīng)力的再分布。當(dāng)巷道埋深較小，水平應(yīng)力不明顯，這時(shí)巷道收到水平應(yīng)力有限，巷道頂板受到明顯拉破壞作用，巷道頂板極易形成散體垮落拱結(jié)構(gòu)，如圖1所示。頂板破壞高度計(jì)算見式（1）、式（2）、式（3）、式（4）。

圖1 拱線與巷道力學(xué)模型

通過式（1）和式（2）可以看出，跨落拱隨巷道跨度增大而升高，故頂板需要的支護(hù)強(qiáng)度增大。

2.2 巷道圍巖強(qiáng)度影響

由于3#煤層厚度較大，導(dǎo)致巷道頂板以及兩幫圍巖全部為煤層，由于煤層強(qiáng)度較弱，在巷道開掘后引起巷道周圍應(yīng)力重新分布后以及工作面回采時(shí)的采動應(yīng)力影響。煤層失穩(wěn)破壞后，殘余應(yīng)力過小，難以形成穩(wěn)定的承載結(jié)構(gòu)，巷道頂板中部與巷道兩角等應(yīng)力集中部位，極易發(fā)生拉破壞與剪破壞，對巷道穩(wěn)定產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。

3 巷道支護(hù)方案提出

為有效減小巷道跨度加大后帶來的影響，結(jié)合相鄰礦井3#煤層巷道支護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)，巷道間排距過大，導(dǎo)致支護(hù)失效的失敗經(jīng)驗(yàn)。必須適當(dāng)減少巷道支護(hù)時(shí)錨桿的間排距，同時(shí)應(yīng)當(dāng)將錨桿與錨索錨固段固定于穩(wěn)定巖層中，防止錨桿與錨索失效。初步設(shè)計(jì)巷道支護(hù)參數(shù)為：頂部每排采用六根高強(qiáng)錨桿支護(hù)，兩根錨索補(bǔ)強(qiáng)。錨桿型號Φ20～2200mm，間距900mm，排距1000mm，兩頂角錨桿與巷道輪廓成10°～30°角，中間四根與巷道頂板垂直，每根錨桿使用2支錨固劑，先安裝一支K2335型錨固劑，再安裝一支Z2360型錨固劑，錨桿預(yù)緊力矩不小于100N·m，錨固力不小于 100kN。錨索型號 Φ17.8～8400mm，間距2200mm，排距2000mm，距兩幫1400mm，每根采用三支錨固劑，先安裝一支K2335型錨固劑，再安裝兩支Z2360型錨固劑，預(yù)緊力為120kN；巷道兩幫采用五根普通錨桿進(jìn)行支護(hù)，錨桿型號Φ16-1800mm，間距750mm，排距1000mm。兩上幫錨桿與巷道水平成10～15°角，兩下幫錨桿與巷道水平成-10°角，每根錨桿使用一支Z2360型錨固劑，錨桿預(yù)緊力矩不小于100N·m，錨固力不小于100kN。巷道具體支護(hù)形式見圖2。

圖2 3201工作面軌道順槽支護(hù)方案

4 巷道支護(hù)效果監(jiān)測

為檢測巷道支護(hù)效果，在3201工作面軌道順槽掘進(jìn)完成后，進(jìn)行了鉆孔窺視，對巷道圍巖狀況進(jìn)行了觀測，見圖3。在3201工作面回采期間，對工作面前方巷道表面位移進(jìn)行了監(jiān)測見圖4。

圖3 3201工作面軌道順槽頂板窺視

在圖3中，可以看出，巷道表面0～2m范圍之內(nèi)，圍巖整體性較好，可見錨桿錨索與圍巖形成了一定的穩(wěn)定的支撐結(jié)構(gòu)，保障了巷道的安全高效使用。

由圖4（a）巷道頂?shù)装逑鄬σ平繄D，可以看出，軌道順槽頂?shù)装遄畲笠平繛?28.5mm；由圖4（b）巷道兩幫移近量可以看出，巷道軌道順槽兩幫移近量最大為31.7mm。巷道變形量均在巷道安全使用范圍之內(nèi)，由此可見，該種支護(hù)方式對東峰礦3201工作面軌道順槽大斷面巷道圍巖穩(wěn)定性起到了控制作用。

5 結(jié) 論

大斷面巷道以其高效率與高通風(fēng)量受到煤礦的歡迎。在大斷面全煤巷道掘進(jìn)后，由于受到原巖應(yīng)力集中與采動擾動影響，其大跨度與圍巖強(qiáng)度較弱的原因，增加了巷道圍巖失穩(wěn)的可能性。在適當(dāng)減少巷道錨桿、錨索間排距并增加長度后，設(shè)計(jì)了巷道支護(hù)方案，在現(xiàn)場應(yīng)用后，巷道表面0～2m圍巖穩(wěn)定，在工作面回采時(shí)巷道頂?shù)装遄畲笠平?28.5mm，兩幫最大移近量31.7mm滿足巷道安全使用要求，巷道支護(hù)方案起到了作用。