劉江華

(晉煤集團(tuán) 翼城晟泰青洼煤業(yè)公司，山西 翼城 043500)

1 工程概況

晉煤集團(tuán)翼城晟泰青洼煤業(yè)公司位于山西省翼城縣西閻鎮(zhèn)十河村東一帶，主要開采2號煤，煤層厚度為3.85～6.2m，平均厚度4.66m，煤層中夾0～1層夾矸，容重為1.43 t/m3，煤層傾角為8～11°，平均9.5°。煤層直接頂為5m厚的灰黑色層狀粉砂巖，其性偏脆，膠結(jié)良好；老頂為3.25 m厚的黑灰色層狀泥巖，致密；直接底為1.5m厚的深灰色泥巖，富含豐富的植物化石；老底為粉砂巖，厚7.0 m，灰黑色，含豐富植物化石。2103工作面進(jìn)風(fēng)巷斷面形狀為矩形，巷道凈高3 200 mm，凈寬 4 000 mm，支護(hù)方案為：頂錨桿采用D20 mm×2 000 mm的左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，每排布置4根，間排距1 000 mm×1 500 mm，外露長度250 mm，采用W型鋼帶連接；頂板錨索采用D18.9 mm×7 300 mm的鋼絞線，每排布置2根，間排距1 500 mm×3 000 mm；幫錨桿采用D18mm×1800mm 的左旋螺紋鋼，間排距1 000 mm×1 500 mm，每排布置3根，如圖1所示。

圖1 21031進(jìn)風(fēng)巷支護(hù)示意(mm)

2 21031巷圍巖破壞特征[1]

2.1 21031巷道圍巖變形現(xiàn)場監(jiān)測結(jié)果

起初21031進(jìn)風(fēng)巷在掘進(jìn)時礦壓顯現(xiàn)不明顯，當(dāng)掘進(jìn)至300 m處，巷內(nèi)出現(xiàn)異常礦壓顯現(xiàn)，主要表現(xiàn)為巷道頂板明顯下沉、垮落，巷內(nèi)悶響頻繁，多處鋼帶破斷。為了解原支護(hù)體系下21031進(jìn)風(fēng)巷頂?shù)装迮c兩幫位移情況，在巷道掘進(jìn)面后100 m和200 m處兩個斷面進(jìn)行了為期50 d的圍巖變形監(jiān)測。

由監(jiān)測結(jié)果知，距掘進(jìn)面100 m處的斷面頂?shù)着c兩幫的移近量分別為120 mm和142 mm；距掘進(jìn)面200 m處的斷面頂板與兩幫的移近量分別為135 mm和154 mm。

2.2 21031巷道圍巖松動圈實(shí)測

為了了解巷道的破壞范圍及需要支護(hù)的主要對象，并進(jìn)一步判斷當(dāng)前巷道支護(hù)的有效程度，在進(jìn)風(fēng)巷內(nèi)距掘進(jìn)面50 m、150 m、300 m處的3個斷面進(jìn)行了圍巖松動圈實(shí)測，每個斷面頂板布置2個5 m深的測孔，兩側(cè)巷幫布置3個3 m深的測孔。觀測結(jié)果如表1所示。

表1 21031巷道圍巖松動圈實(shí)測結(jié)果 m

由表1可知：所測斷面的松動圈平均厚度約1.8 m，為大松動圈的厚煤層巷道。由于松動圈厚度超過1.75 m，超出原支護(hù)錨桿長度，表明原先的支護(hù)方式不足以保證巷道圍巖的穩(wěn)定，因此需要進(jìn)行優(yōu)化，以保證巷道的長期穩(wěn)定。

3 巷道支護(hù)優(yōu)化方案

3.1 支護(hù)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)

根據(jù)21031進(jìn)風(fēng)巷實(shí)際地質(zhì)條件，頂板采用D20 mm×2 500 mm的左旋螺紋鋼錨桿，每排布置5根，間排距900 mm×700 mm，邊錨桿與頂板夾角80°，錨固長度1 200 mm ，預(yù)緊力為43 kN；兩幫各布置 4根D20 mm×2 200 mm的右旋螺紋鋼錨桿，間排距為 900 mm×700 mm，下錨桿向下傾斜 10°安裝，上錨桿向上傾斜 15°安裝，錨固長度600 mm，預(yù)緊力為30 kN。托盤采用120 mm×120 mm 鐵托盤+300 mm×200 mm×50 mm 木托板；網(wǎng)片為40 mm×40 mm菱形的10號鐵絲網(wǎng)。頂板錨索采用D18.9 mm-L8 300 mm低松弛鋼絞線，每排布置3根，間排距1 600 mm×1 400 mm，錨固長度為1.5 m，預(yù)緊力為100 kN。支護(hù)參數(shù)如圖2所示。

圖2 21031進(jìn)風(fēng)巷優(yōu)化支護(hù)示意(mm)

3.2 現(xiàn)場試驗(yàn)及效果

為了進(jìn)一步驗(yàn)證優(yōu)化方案的支護(hù)效果，采用新的支護(hù)參數(shù)在21031進(jìn)風(fēng)巷后期掘進(jìn)過程中進(jìn)行了現(xiàn)場試驗(yàn)，試驗(yàn)段長度100 m，并在實(shí)施后對試驗(yàn)段每隔10 m處斷面安裝多點(diǎn)位移計(jì)，進(jìn)行為期20 d的跟蹤監(jiān)測，對監(jiān)測數(shù)據(jù)整理后的圍巖變形情況如圖3所示。

圖3 采用優(yōu)化支護(hù)方案后巷道斷面圍巖變形曲線

由圖3可知，巷道頂板下沉量隨著時間的增長逐漸增大，最后穩(wěn)定在33.8 mm，兩幫移近量也隨著時間的增長逐漸增大，最后穩(wěn)定在9.44 mm。通過對試驗(yàn)段的跟蹤監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)段巷道頂板穩(wěn)定性良好，沒有出現(xiàn)任何裂縫，巷道兩幫也沒有片幫情況出現(xiàn)。說明在20 d內(nèi)巷道頂板及兩幫一直處于不斷變形的階段，但變形幅度很小，隨著時間的推移最終位移趨于穩(wěn)定[2]，圍巖變形得到良好的控制。

4 結(jié) 語

晉煤集團(tuán)翼城晟泰青洼煤業(yè)21031進(jìn)風(fēng)巷為厚煤層矩形巷道，通過現(xiàn)場實(shí)測發(fā)現(xiàn)巷道產(chǎn)生變形的原因是：受掘進(jìn)影響，21031巷道原支護(hù)對頂板巖層及兩幫的控制力度不夠，導(dǎo)致頂板下沉量大，巷道收斂變形大，造成巷道頂板煤巖易整體碎落[3]，部分錨索斷裂失效，在此基礎(chǔ)上對支護(hù)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。經(jīng)現(xiàn)場試驗(yàn)表明，應(yīng)用優(yōu)化支護(hù)方案后，巷道兩幫及頂?shù)装宓淖冃瘟烤苄?，有效控制了圍巖的穩(wěn)定，保障了21031進(jìn)風(fēng)巷的掘進(jìn)和后期的安全使用，取得了良好的支護(hù)效果。