吳 昊

(山西潞安集團 潞寧煤業(yè)公司， 山西 忻州 036000)

潞安集團潞寧煤業(yè)有限公司現(xiàn)階段主采侏羅系大同組上部的2#煤，2#煤層結構簡單，中部夾不連續(xù)的薄層炭質(zhì)泥巖夾矸，煤層厚度1.0～5.0 m，平均厚度3.5 m. 由于該礦井采掘接替緊張，24102運輸巷掘進時其臨近的24101工作面仍在回采中，其掘進受到臨近工作面較為劇烈的動壓影響，掘巷初期圍巖表現(xiàn)出較大的位移現(xiàn)象，需采取適當?shù)拇胧┻M行治理。

1 工作面概況

潞寧煤礦24102工作面位于礦田西南部，二四采區(qū)三條下山西南側，地面為中低山區(qū)，通過地面巡查未發(fā)現(xiàn)高壓線塔、房屋等建筑物，只有一條鄉(xiāng)間公路，根據(jù)資料分析，預計采掘活動對其影響不大。24102工作面位于井田西南部的二四采區(qū)，是二四采區(qū)第2個工作面，工作面北部為正在回采的24101工作面，南部為該礦未采動區(qū)域，西部為該礦邊界(未采動部分)，東部為該礦二四采區(qū)三條下山。24102工作面地面標高+1 498～+1 674 m，工作面標高+1 086～+1 126 m，工作面上部為正在回采的24101工作面，區(qū)段煤柱寬度為26 m，工作面位置見圖1. 24102工作面平均走向長度為1 855 m，傾向長236 m(斜長，里邊—里邊)，可采段煤層厚度3.8 m，直接頂為厚度5 m左右的泥巖，基本頂為細粒砂巖，頂?shù)装鍘r層特征見表1.

表1 頂?shù)装鍘r性特征表

2 24102運輸巷原有支護方案評價

該礦24102運輸巷采用梯形斷面，巷道寬度為4.5 m，上幫高4.2 m，下幫3.5 m，采用傳統(tǒng)的錨網(wǎng)索支護，頂板錨桿采用d22 mm，長度2.4 m的螺紋鋼錨桿，每排7根，錨桿間排距為850 mm×900 mm，兩幫錨桿規(guī)格與頂板錨桿相同，上幫每排4根錨桿，間排距為1 000 mm×900 mm，下幫每排4根錨桿，間排距為950 mm×900 mm，所有錨桿均垂直頂板和兩幫安裝，錨桿預緊力250 N·m. 頂板采用d22 mm，長度7.0 m的鋼絞線錨索，每排3根，錨索間排距為1 800 mm×1 800 mm，垂直巷道頂板安裝，24102運輸巷原有支護方案見圖2a).

圖1 24102工作面位置圖

通過現(xiàn)場圍巖位移觀測得知，24102運輸巷前期掘進過程中，巷道頂?shù)装逑鄬σ平枯^小，頂板下沉量最大為300 mm，底板底鼓量最大為400 mm，而巷道兩幫的圍巖變形較大，上幫變形最大達1 000 mm，下幫變形最大達800 m，兩幫移近量最大可達1 800 mm左右，巷道兩幫多處出現(xiàn)明顯的網(wǎng)兜現(xiàn)象，頂板個別位置出現(xiàn)了網(wǎng)兜現(xiàn)象?？傮w來說，24102運輸巷圍巖的位移以兩幫向巷內(nèi)“平移”為主，圍巖變形示意圖見圖2b).

圖2 24102運輸巷原有支護方案及效果圖

為了解24102運輸巷兩幫煤巖體的破壞特征，在24102運輸巷掘進55 m處，距離巷道底板2.0 m的上幫施工窺視鉆孔[1-2]，鉆孔d30 mm，深度為5.8 m，窺視儀觀察到圍巖內(nèi)部裂隙的發(fā)育情況見圖3. 巷幫破壞程度較大的為深度0～1.2 m，裂隙多為拉伸破壞形成的橫向裂隙，無明顯的縱向裂隙；深度為1.2～2.5 m時，巖體較完整，但是個別位置出現(xiàn)2～3 mm的縱向裂隙；深度大于2.5 m時，巖體表現(xiàn)為無裂隙發(fā)育。巷道掘進初期通過水壓致裂地應力測量得知兩幫煤巖體內(nèi)最大垂直主應力為12.35 MPa.

圖3 24102運輸巷上幫(煤柱幫)圍巖內(nèi)部結構窺視圖

24102運輸巷圍巖變形的原因：

1) 圍巖應力較大，24101工作面回采后，24102運輸巷掘進的位置處于應力升高區(qū)，應力集中系數(shù)為2～3. 2) 軟弱煤層堅硬頂板結構。實驗室測定表明，煤層f值為0.8～1.3，直接頂泥巖f值2.5～3.8，基本頂細粒砂巖f值為3.5～4.5，為典型的軟弱煤層硬巖巷道[3]，導致兩幫顯著內(nèi)移。3) 回采動壓影響。受臨近24101工作面較為強烈的采動影響。4) 支護方式及參數(shù)的因素。原有錨桿錨索支護強度不足，預應力較低，未能有效地控制兩幫煤體內(nèi)松動圈的持續(xù)擴大。

3 支護方案優(yōu)化設計

根據(jù)24102運輸巷具體的地質(zhì)和技術條件，結合“攜頂?shù)?，控兩幫”的支護思想，通過提高錨桿錨索的預緊力及在兩幫增加錨索提高兩幫的承載能力。頂板錨桿間排距為850 mm×900 mm，上幫錨桿間排距為1 000 mm×900 mm，下幫錨桿間排距為950 mm×900 mm，錨桿安裝時預緊力加大至不小于400 N·m，頂板和兩幫錨索間排距為1 800 mm×1 800 mm，錨索安裝預緊力應≥300 kN，頂板錨桿間采用由16#圓鋼焊制的鋼筋梯子梁連接，兩幫錨桿和錨索間均采用鋼筋梯子梁配合W鋼護板(長450 mm×寬280 mm×厚5 mm)護幫。24102運輸巷優(yōu)化后的支護方案見圖4.

圖4 24102運輸巷優(yōu)化支護方案圖

4 現(xiàn)場應用效果分析

24102運輸巷至掘巷100 m后采用了上述支護方案，為考察優(yōu)化后支護方案的應用效果，在運輸巷掘進150 m(1#測站)和200 m(2#測站)處分別布置圍巖位移觀測站[4]，對現(xiàn)場監(jiān)測結果整理見圖5. 24102運輸支護完成后，隨著觀測天數(shù)的增大，圍巖的變形速度逐漸較小，最終趨近于零，圍巖的變形主要集中在成巷后的40天內(nèi)，其中1#測站在成巷25天后圍巖位移量基本穩(wěn)定，而后圍巖又出現(xiàn)明顯的位移現(xiàn)象，最終在成巷35天后巷道變形量穩(wěn)定不變；2#測站成巷35天后圍巖位移基本穩(wěn)定；最終1#、2#測站處兩幫移近量最大分別為306 mm、360 mm，相對于原支護方案的1.8 m減小了約80%，頂?shù)装逡平孔畲蠓謩e為261 mm、265 mm，相對于原支護方案減小約65%，總體來說，24102運輸巷圍巖位移量較小，圍巖變形破壞得到有效控制，能夠滿足為24102工作面服務的要求。

圖5 24102運輸巷圍巖位移觀測結果圖

5 結 論

潞寧煤業(yè)24102運輸巷掘進初期圍巖出現(xiàn)位移過大的現(xiàn)象，通過現(xiàn)場監(jiān)測及理論分析得知，主要原因包括圍巖應力過大、軟弱煤層堅硬頂板結構、回采動壓影響及支護方案不合理，結合“攜頂?shù)祝貎蓭汀钡闹ёo思想，提高整體支護的預緊力，兩幫增加錨索提高支護強度，現(xiàn)場應用后通過圍巖位移監(jiān)測表明，采用優(yōu)化的支護方案后，24102運輸巷兩幫移近量最大為360 mm，相對于原支護方案的1.8 m減小了約80%，頂?shù)装逡平孔畲蠓謩e為261 mm、265 mm，相對于原支護方案減小約65%，圍巖的位移量顯著的減小，取得了良好的支護效果。