亢克勤

（陽(yáng)煤集團(tuán)三礦生產(chǎn)調(diào)度指揮中心，山西 陽(yáng)泉 045000）

1 工程概況

某礦23305下工作面位于二水平三采區(qū)中部，工作面主采3#下煤層，煤層厚度為1m～3.2m，煤層上方直接頂為泥巖，均厚為1.9m，基本頂為中粒砂巖，均厚為8.3m，3#煤層與3#下煤層間的平均間距為10m，屬于近距離煤層，煤層直接底為粉砂巖，23305下工作面回風(fēng)巷位于23305工作面采空區(qū)下方，回風(fēng)巷長(zhǎng)度為1094m，回風(fēng)巷斷面的尺寸為寬×高=4.6×3.2m，工作面為傾斜條帶布置，開(kāi)切眼長(zhǎng)度180m，采用綜合機(jī)械化采煤工藝，現(xiàn)3#煤層已經(jīng)回采完畢，故23305下工作面回風(fēng)巷屬于近距離煤層采空區(qū)下巷道。

2 巷道松動(dòng)圈分析

為充分了解上覆23305工作面回采工作時(shí)對(duì)底板的破壞深度及回風(fēng)巷掘進(jìn)過(guò)程中對(duì)巷道圍巖的破壞程度，通過(guò)在23305下工作面回風(fēng)巷頂板及兩幫進(jìn)行松動(dòng)圈測(cè)試，以此確定巷道圍巖的松動(dòng)圈的范圍。

在回風(fēng)巷頂板及兩幫使用鉆孔打設(shè)Φ42mm，深度為5m的鉆孔，鉆孔從距離工作面開(kāi)切眼20m的位置處開(kāi)始打設(shè)，巷道斷面上在左幫、右?guī)图绊敯迳蟼€(gè)布置1個(gè)鉆孔，巷道斷面內(nèi)的3個(gè)測(cè)孔一個(gè)測(cè)試組，每個(gè)測(cè)試組之間的間距為40m，共計(jì)在巷道不同位置對(duì)12個(gè)鉆孔進(jìn)行松動(dòng)圈測(cè)試，其中頂板測(cè)試孔位4個(gè)，兩幫測(cè)試孔位8個(gè)，具體回風(fēng)巷松動(dòng)圈測(cè)試位置如圖1所示。

圖1 回風(fēng)巷松動(dòng)圈測(cè)試位置示意圖

根據(jù)頂板松動(dòng)圈測(cè)試結(jié)果，4個(gè)不同位置頂板松動(dòng)圈的測(cè)試結(jié)果如圖2（a）所示，通過(guò)分析圖4能夠看出，巷道不同位置4個(gè)頂板鉆孔的波速基本保持一致變化趨勢(shì)，在距離孔口2m的位置處，孔內(nèi)的波速的變化較大，隨著鉆孔深度的增大，在距離孔口2.5m的位置處，波速便又逐漸趨于穩(wěn)定，據(jù)此能夠得知巷道頂板松動(dòng)圈的范圍在0～2.5m；4個(gè)不同位置兩幫的松動(dòng)圈的測(cè)試結(jié)果也基本保持一致，現(xiàn)對(duì)1號(hào)測(cè)試組的波速-距孔口距離進(jìn)行具體分析，曲線圖如圖2（b），由圖中能夠看出巷道右?guī)豌@孔內(nèi)的波速在距孔口1.5m的位置處縱波波速發(fā)生了較大的變化，在距離鉆孔孔口2m的位置處縱波波速逐漸趨于穩(wěn)定，巷道左幫鉆孔在1.5m的位置處波速發(fā)生突變，據(jù)此可判斷該處巷道圍巖存在裂縫[1-2]，隨著鉆孔深度的增大，縱波波速在2.0m的位置處趨于穩(wěn)定，基于上述巷道頂板及兩幫鉆孔松動(dòng)圈的分析結(jié)果，綜合確定巷道松動(dòng)圈的厚度在2.5m。

圖2 回風(fēng)巷松動(dòng)圈測(cè)試結(jié)果

3 支護(hù)方案與效果

3.1 支護(hù)方案

1）3#煤層底板破壞深度計(jì)算。根據(jù)煤柱支承壓力對(duì)底板破壞的相關(guān)理論[3-4]，可知采場(chǎng)底板損傷深度h0、底板巖體最大破壞深度距離工作面端的水平距離l1和采空區(qū)底板破壞區(qū)沿水平方向的最大長(zhǎng)度l2的表達(dá)式為：

式中：k為應(yīng)力集中系數(shù)；H為采深，m；M為采高，m；C為煤體的內(nèi)聚力，MPa；φ為煤體的內(nèi)摩擦角，°；ξ=1+sinφ/1-sinφ；γ 為上覆巖層的平均容重，kN/m3;φf(shuō)為底板巖層的內(nèi)摩擦角，°。根據(jù)23305工作面的具體地質(zhì)條件取 γ=25 kN/m3，H=410m，φ=20°，C=0.7MPa，φf(shuō)=40°，將上述數(shù)據(jù)代入式（1）能夠得出底板巖體最大破壞深度距離工作面端的距離l1=9.9m，3#煤開(kāi)采造成的底板破壞深度h0=11.9m，采空區(qū)內(nèi)底板破壞區(qū)沿水平方向的最大長(zhǎng)度l2=52.1m。

2）3#下煤層圍巖破壞程度分析。根據(jù)圍巖松動(dòng)圈測(cè)試結(jié)果可知，23305下工作面回風(fēng)巷松動(dòng)圈的厚度為2.5m，再結(jié)合3#煤層與3#下煤層間的平均間距為10m，上覆工作面底板破壞深度h0=11.9m知，巷道圍巖的松動(dòng)圈處于上部煤層采空區(qū)的破壞帶中，由于上覆煤層采空區(qū)底板破壞帶與巷道松動(dòng)圈完全重疊，致使兩煤層間的巖層受到上覆工作面開(kāi)采破壞和下部巷道開(kāi)挖破壞的疊加作用，使得巷道圍巖破碎嚴(yán)重。

3）支護(hù)參數(shù)的確定。根據(jù)上述分析結(jié)果知巷道松動(dòng)圈的厚度為2.5m，頂板巖層受到采動(dòng)和巷道掘進(jìn)的雙重破壞，破碎嚴(yán)重，根據(jù)相關(guān)研究可知該種情況下的支護(hù)方案應(yīng)運(yùn)用拱形支護(hù)，運(yùn)用組合拱理論對(duì)支護(hù)參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過(guò)組合拱理論計(jì)算得出的結(jié)果與工作面的具體地質(zhì)情況相結(jié)合對(duì)回風(fēng)巷采用錨網(wǎng)索支護(hù)的各項(xiàng)支護(hù)參數(shù)進(jìn)行確定。

頂板錨桿的直徑為Φ22mm，長(zhǎng)度為3000mm，頂板錨桿的間排距700×700mm，錨固長(zhǎng)度為1m，頂板錨索參數(shù)為Φ21.6mm×6000mm，間排距為2200×2200mm，靠近兩幫的錨桿向巷幫方向傾斜成10°安裝，其余錨桿垂直與巷道頂板打設(shè)，錨桿的錨固長(zhǎng)度為1.2m，錨桿的安裝預(yù)緊力大于300N.m，錨桿托盤(pán)采用拱形高強(qiáng)度托盤(pán)，同時(shí)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(jìn)行護(hù)頂；錨索采用三花布置，每排打設(shè)2根錨索，錨索垂直與頂板打設(shè)巷道兩幫錨桿參數(shù)為Φ22mm×2500mm的1×19股的鋼絞線，錨桿的間排距為700×700mm，錨索的安裝預(yù)緊力為300kN，錨索采用一支MSK和兩支MSZ2360型樹(shù)脂型錨固劑對(duì)錨索進(jìn)行錨固，錨固長(zhǎng)度為2700mm，鋼筋梯子梁寬度為100mm，直徑Φ10mm，具體回風(fēng)巷斷面支護(hù)示意圖如圖3所示。

巷幫錨桿的間排距為700mm×700mm，錨桿直徑為20mm，長(zhǎng)度為3500mm，錨桿的型號(hào)為左旋無(wú)縱筋螺紋鋼錨桿，巷道斷面內(nèi)每排安裝4根錨桿，靠近底板的錨桿向底板方向傾斜15°安裝，其余錨桿均垂直巷幫安裝，錨桿預(yù)緊力、錨固劑、托盤(pán)、金屬網(wǎng)及錨桿的錨固長(zhǎng)度與頂板參數(shù)相同。另外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(zhǎng)×寬=4600×100mm，通過(guò)鋼筋梯子梁增加錨桿（索）間的軸向連接，23305下工作面回風(fēng)巷支護(hù)形式如圖3所示。

圖3 回風(fēng)巷支護(hù)形式斷面圖

3.2 效果分析

為對(duì)支護(hù)效果的合理性進(jìn)行有效驗(yàn)證，工作面回采期間在回風(fēng)巷不同位置處布置礦壓觀測(cè)站對(duì)巷道表面位移及錨桿的受力狀態(tài)進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)，在距離工作面煤壁前方185m的位置處布置1號(hào)測(cè)站，在距離工作面煤壁105m的位置處布置2號(hào)測(cè)站，在2個(gè)監(jiān)測(cè)站的位置處分別通過(guò)“十字布點(diǎn)法”進(jìn)行巷道表面位移的監(jiān)測(cè)，在錨桿（索）上安裝MJ-40錨桿測(cè)力計(jì)對(duì)錨桿、錨索的受力狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，巷道觀測(cè)斷面內(nèi)布置5個(gè)錨桿測(cè)力計(jì)，1個(gè)錨索測(cè)力計(jì)。

1）巷道表面位移。根據(jù)礦壓監(jiān)測(cè)結(jié)果能夠得出兩監(jiān)測(cè)站巷道表面位移規(guī)律如圖4所示。

圖4 巷道表面位移變化曲線

根據(jù)巷道表面位移的監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，巷道兩個(gè)不同位置的測(cè)站基本呈現(xiàn)出一致的變化趨勢(shì)，1號(hào)測(cè)站均在0～14天內(nèi)巷道圍巖變形量較大，頂?shù)装遄畲笠平繛?0mm，兩幫最大移近量為65mm，頂?shù)装宓淖冃嗡俾蕿?.85mm/d，兩幫變形速率為4.64mm/d；2號(hào)測(cè)站的頂?shù)装遄畲笠平繛?2mm，兩幫最大移近量為68mm，頂?shù)装宓淖冃嗡俾蕿?mm/d，兩幫變形速率為4.86mm/d，在14～25天的時(shí)間內(nèi)2個(gè)測(cè)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)，巷道頂?shù)装宓淖畲笠平繛?2mm，兩幫最大移近量為68mm，巷道圍巖變形量在現(xiàn)有支護(hù)方式下得到了有效控制。

2）錨桿（索）受力狀態(tài)。通過(guò)對(duì)巷道頂板錨（索）的受力狀態(tài)進(jìn)行持續(xù)25d的監(jiān)測(cè)，將所得數(shù)據(jù)繪制成曲線，如圖5所示。

圖5 工作面回采期間回風(fēng)巷錨桿（索）受力狀態(tài)

通過(guò)分析圖5可知，兩測(cè)站的錨桿（索）的受力狀態(tài)基本一致，在工作面推進(jìn)11d，頂板錨桿的受力狀態(tài)略有增幅，錨索的受力狀態(tài)呈現(xiàn)水平狀態(tài)，在11d～13d期間，錨桿（索）的受力狀態(tài)均以較平緩的趨勢(shì)上升，當(dāng)工作面推進(jìn)約13d時(shí)，巷道錨桿受力特征呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢(shì)，但從總體看幫部錨桿的受力狀態(tài)較為平緩，頂板錨桿的最大受力為5MPa，幫部錨桿的最大受力為5.2MPa，錨索的最大受力為4.8MPa。故根據(jù)錨桿、錨索監(jiān)測(cè)期間的受力狀態(tài)可知，大部分錨桿、錨索的受力值均小于設(shè)定值，錨桿（索）處于穩(wěn)定狀態(tài)，故由此可知23305下工作面回風(fēng)巷設(shè)計(jì)支護(hù)參數(shù)較為合理。

4 結(jié) 論

通過(guò)對(duì)23305下工作面回風(fēng)巷進(jìn)行圍巖松動(dòng)圈測(cè)試得知巷道圍巖松動(dòng)圈的厚度為2.5m，根據(jù)理論分析知3#煤開(kāi)采造成的底板破壞深度h0=11.9m，基于此并結(jié)合具體地質(zhì)情況對(duì)回風(fēng)巷的支護(hù)參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，根據(jù)礦壓監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)知，巷道在現(xiàn)有支護(hù)方式下兩幫的移近量為68mm，頂?shù)装宓囊平繛?2mm，有效的控制了采空區(qū)下巷道圍巖的變形。