白 喆

(山西煤炭運銷集團 蒲縣昊錦塬煤業(yè)有限公司，山西 臨汾 041200)

隨著淺部煤炭資源的不斷開采殆盡，多數(shù)礦井現(xiàn)已進入深部開采階段[1-2]。隨著開采深度的不斷增加，影響開采的災(zāi)害因素也日益增多，較淺部開采而言，深部開采產(chǎn)生的沖擊地壓、礦壓顯現(xiàn)劇烈、巷道大變形等災(zāi)害嚴重制約著煤礦安全生產(chǎn)。對此，大量學(xué)者進行了相關(guān)研究：何滿朝等[3-5]針對深部開采與淺部開采的不同區(qū)別，建立了深部開采的概念體系及評價指標，提出深部開采的非線性力學(xué)理論；姜耀東等[6]結(jié)合我國沖擊地壓力學(xué)機理，建立了三種力學(xué)模型，提出了沖擊地壓的治理需注意采動應(yīng)力及其時空演化規(guī)律的共同影響因素；張勇等[7]基于理論分析、數(shù)值模擬方法，分析得出深部開采巷道大變形的原因是由于復(fù)雜的高應(yīng)力場相互疊加所產(chǎn)生的；孫曉明等[8]通過力學(xué)分析，得出深部開采巷道在變形過程中積聚了大量的彈性變形能，提出了多種支護形式的耦合支護體系并現(xiàn)場應(yīng)用，取得了良好的效果。

昊錦塬煤礦東翼輔運大巷沿9號煤層頂板布置，巷道平均埋深400 m左右，凈寬5.0 m，凈高3.5 m，凈斷面17.5 m2，屬于典型的深部大斷面巷道。當(dāng)頂板為K2石灰?guī)r時，頂板完整性較好，節(jié)理、層理不發(fā)育，圍巖分類結(jié)果為II級，圍巖穩(wěn)定；當(dāng)頂板為泥巖和K2石灰?guī)r時，頂板呈黃泥裹碎石狀，卡鉆或錨固劑丟失現(xiàn)象嚴重，支護效果差。結(jié)合礦井實際遭遇的問題，有必要對東翼輔運大巷支護參數(shù)進行優(yōu)化設(shè)計。

1 工程概況

昊錦塬煤礦為9+10號煤層聯(lián)合開采，煤層平均厚度5 m，東翼輔運大巷沿9號煤層頂板掘進，巷道凈寬5.0 m，凈高3.5 m，直接頂為泥巖，厚3.1 m，老頂為石灰?guī)r，厚8.11 m，部分區(qū)域出現(xiàn)石灰?guī)r和泥巖互層情況，底板為泥巖，厚4 m。石灰?guī)r段整體支護效果良好，但遭遇泥巖時，存在卡鉆、錨固劑丟失等現(xiàn)象，巷道圍巖整體支護效果較差。

東翼輔運大巷采用“錨桿+錨索+金屬網(wǎng)”聯(lián)合支護。頂板采用D20 mm×2 400 mm的左旋無縱筋等強螺紋鋼錨桿，間距1 000 mm，排距1 100 mm；錨索采用D17.8 mm×6 300 mm的鋼絞線，排距為2 200 mm，每排一根；兩幫選用D18 mm×1 800 mm的左旋螺紋鋼錨桿，間距1 000 mm，排距1 100 mm；金屬網(wǎng)用D6.5 mm的鋼筋焊接，網(wǎng)孔尺寸為100 mm的正方形，網(wǎng)片搭接寬度為100 mm，用16號鐵絲三花式捆綁，扭結(jié)3圈，每間隔200 mm進行捆綁一次，支護斷面見圖1。

圖1 東翼輔運大巷原支護斷面(mm)

由于東翼輔運大巷直接頂為泥巖，頂板內(nèi)部含植物根莖化石，自身強度較弱，隨著巷道服務(wù)年限不斷增長，巷道局部支護效果較差，且由于頂部采空區(qū)淋水的緣故，頂板泥巖遇水后逐漸出現(xiàn)泥化現(xiàn)象，局部破碎后容易造成巷道失穩(wěn)；結(jié)合礦井當(dāng)前支護參數(shù)，頂板采用“一索五桿”型錨固支護方式，整體穩(wěn)定性略顯不足，故有必要對巷道支護進行優(yōu)化設(shè)計。

2 優(yōu)化方案設(shè)計

由于東翼輔運大巷破碎主要集中在幫部與頂板，巷道底板完整情況相對較好，故擬通過優(yōu)化頂錨桿的支護參數(shù)，在保證安全的前提下節(jié)約巷道支護成本，具體支護方案如下。

頂板采用D20 mm×2 400 mm的左旋無縱筋等強螺紋鋼錨桿，間距900 mm，排距1 000 mm；錨索采用D17.8 mm×6 300 mm的鋼絞線，間距為1 800 mm，排距2 000 mm，每排兩根；兩幫選用D18 mm×1 800 mm的左旋螺紋鋼錨桿，間距900 mm，排距1 000 mm；金屬網(wǎng)用D6.5 mm鋼筋焊接，網(wǎng)孔尺寸為100 mm的正方形，網(wǎng)片搭接寬度為100 mm，用16號鐵絲三花式捆綁，扭結(jié)3圈，每間隔200 mm進行捆綁一次。優(yōu)化后的支護斷面見圖2。

圖2 東翼輔運大巷優(yōu)化支護斷面(mm)

3 效果分析

在東翼輔運大巷原支護效果較差的地段選取長度為100 m的范圍進行現(xiàn)場工業(yè)性試驗，并在試驗段中部采用十字布點法布置表面位移觀測站，對巷道變形情況進行了為期30 d的觀測，觀測結(jié)果如圖3所示。由圖3可知，采用優(yōu)化支護后的東翼輔運大巷單日頂板下沉量不超過2 mm，兩幫移進量單日增加量不超過1 mm，最終頂板最大下沉量在23 mm左右趨于穩(wěn)定，兩幫移進量在11 mm左右趨于穩(wěn)定，支護效果很好。

圖3 優(yōu)化后巷道變形監(jiān)測結(jié)果

4 結(jié) 語

針對昊錦塬煤礦東翼輔運大巷頂板巖性復(fù)雜，部分區(qū)段頂板破碎，巷道穩(wěn)定性差的情況，通過分析，本著既能提高巷道支護強度，保證巷道穩(wěn)定，又能節(jié)約成本的原則，提出了優(yōu)化方案，優(yōu)化后的方案較原方案雖然在單位計算范圍內(nèi)僅增加了一根錨索和一根錨桿，但圍巖塑性區(qū)破壞范圍較原方案減少了30%，大幅提高了巷道圍巖的穩(wěn)定性，保證了東翼輔運大巷的長期使用。