郝 旭

（西山煤電股份有限公司西銘礦， 山西 太原 030052）

引言

隨著采煤技術和綜采設備自動化水平的不斷提升，對工作面巷道支護技術及質量提出了更高的要求和挑戰(zhàn)。尤其在地質條件復雜化、巷道埋深增加、開采深度及強度不斷增加等復雜的形勢下提升了巷道支護的難度。經(jīng)研究表明，我國綜采工作面巷道支護經(jīng)歷了木支護、砌碹支護、錨桿支護等過程[1-3]。與其他支護方式相比，錨桿支護由于其支護效果佳、支護成本低、作業(yè)人員勞動強度低等優(yōu)勢目前被廣泛應用于綜采工作面巷道的支護中，成為巷道支護的首選方式。本文以西銘礦為研究對象，在分析巷道支護機理的基礎上，針對西銘礦西部下組煤回風巷的支護進行詳細設計。

1 工作面概述

西銘礦西部下組煤回風巷所掘8號煤層節(jié)理發(fā)育，結構復雜；8號煤上分層厚度0.55～1.0 m，平均0.60 m；煤層上部夾石為0.10～4.3 m，平均2.5 m左右頁巖。下分層煤層厚度2.40～3.50 m，平均2.95 m，下部夾0.2 m左右的頁巖或炭質頁巖，厚度變化不大，屬單一穩(wěn)定的中厚煤層。根據(jù)西部下組煤膠輪車巷瓦斯涌出量資料預測該工作面掘進期間瓦斯絕對涌出量為2 m3/min。工作面所屬采區(qū)及開采煤層無瓦斯動力現(xiàn)象，無煤與瓦斯突出現(xiàn)象。工作面所采煤層經(jīng)鑒定屬于有煤塵爆炸性，爆炸性指數(shù)為15.38%，自燃傾向性為Ⅱ級，屬自燃煤層。地溫為8～9℃。工作面局部壓力較大。

該工作面煤層頂板和底板情況如表1所示。

通過對該巷道的礦壓進行監(jiān)測得出：該巷道垂直方向的應力平均值為12.72 MPa，水平方向的應力平均值為6.23 MPa。

表1 工作面煤層頂板、底板情況

2 支護技術研究

2.1 支護分析

結合西銘礦西部下組煤回風巷的地質、水文以及煤層特征，基于FLAC3D軟件搭建該巷道內(nèi)的仿真模型，并對其應力分布和位移變化規(guī)律進行仿真分析，進而確定該巷道支護方案?；贔LAC3D所搭建的數(shù)值模擬模型如圖1所示。

圖1 回風巷道數(shù)值模擬模型

該巷道煤柱內(nèi)圍巖應力分布仿真結果如下頁圖2所示。

如圖2所示，煤柱內(nèi)圍巖應力在垂直方向最大值為72 MPa，遠大于圍巖應力值12.72 MPa；煤柱內(nèi)圍巖應力在水平方向最大值為10.88 MPa，遠大于圍巖應力值6.23 MPa。經(jīng)數(shù)值模擬分析可知，該巷道圍巖在垂直方向為應力增高區(qū)。因此，該巷道需采用錨桿+錨索的支護方案才能起到支護效果，才能夠控制巷道圍巖的應力，避免由于應力集中造成對巷道的破壞。

圖2 數(shù)值模擬結果

2.2 支護原則

經(jīng)對錨桿支護應力曲線和巷道圍巖響應曲線分析后，若想錨桿支護達到最佳支護效果應采用高預應力、強力支護的策略。具體從以下幾個方面著手強化錨桿支護的效果和質量[4]：

1）確保巷道圍巖的整體性，將不連續(xù)變形控制到最?。?/p>

2）根據(jù)工作面實際情況確定錨桿支護的最佳預應力，并采用鋼帶、金屬網(wǎng)等護件將支護預應力的效果發(fā)揮到最佳；

3）根據(jù)工作面實際情況確定錨桿支護系統(tǒng)的臨界支護剛度，要求錨桿支護剛度大于或等于臨界支護剛度，進而使巷道圍巖變形得到有效控制[5]。

3 錨桿支護的應用

3.1 工作面條件的分析

工作面上覆石灰?guī)r含水層局部富含裂隙水，施工中會有淋水出現(xiàn)，局部淋水較大，對掘進有一定影響，在工作面要配備排水能力不小于30 m3/h的排水設備，加強排水。

工作面?zhèn)雾敒轫搸r，破碎易冒落；直接頂石灰?guī)r局部地段裂隙發(fā)育；8號煤上夾石最厚處4.3 m縱向節(jié)理特別發(fā)育，在掘進施工中（特別是遇斷層、陷落柱等地質構造時），要采取相應的安全措施，加強煤幫及頂板管理，確保施工安全。

3.2 巷道支護工藝的設計

通過對巷道支護參數(shù)（錨桿長度、錨桿直徑、頂錨桿間距、頂錨桿排距、幫錨桿間距、幫錨桿排距）的計算，設計如下支護工藝。（由于篇幅有限，此處不對計算過程進行詳細說明）巷道為矩形斷面，頂部采用錨桿、鋼筋網(wǎng)（規(guī)格2 400 mm×1 600 mm）、長4.6 m W型四眼鋼帶、錨索聯(lián)合支護，頂錨桿矩形布置，間排距1 400 mm×1 500 mm。護幫采用錨桿、鋼筋網(wǎng)（規(guī)格1 100 mm×3 700 mm）聯(lián)合支護，幫錨桿矩形四排布置，間排距1 000 mm×1 000 mm，上排距頂300 mm。錨索采用Φ17.8 mm×5 400 mm的預應力鋼絞線，單排間距3 m，線形布置，垂直頂板打設在兩排錨桿中間。初噴距工作面不超過12 m，復噴距工作面最大距離不超過100 m。

3.3 支護效果分析

將所設計的支護工藝應用于實際生產(chǎn)中，并對應用后的礦壓和錨桿錨索受力情況進行檢測。工作面各點錨桿的受力情況如圖3所示。

圖3 工作面錨桿受力情況

如圖3所示，1號、4號錨桿為對巷道兩幫支護的錨桿，2號、3號錨桿為對巷道頂部支護采用的錨桿，5號錨索應用于頂板支護中。分析圖3可知，在支護前期錨桿和錨索的受力相對穩(wěn)定，隨著距離監(jiān)測點的位置越來越近，錨桿和錨索的受力上浮，并有一定的波動，存在突變現(xiàn)象。但是，錨桿和錨索全部處于拉斷載荷范圍之內(nèi)。

4 結語

錨桿支護作為目前支護效果最佳、應用最廣泛的巷道支護形式之一。在實際生產(chǎn)中應根據(jù)工作面實際情況確定錨桿支護的預應力，以達到高預應力、強力支護的目的。