申 鵬

（潞安集團(tuán)常村煤礦， 山西 長治 046102）

引言

一直以來，煤礦安全生產(chǎn)問題備受企業(yè)的關(guān)注。影響煤礦安全生產(chǎn)的因素包括有綜采設(shè)備的安全性、通風(fēng)系統(tǒng)的性能以及巷道的支護(hù)效果。巷道的支護(hù)效果除了采用合理的支護(hù)方式外，還與工作面巷道頂板的類型相關(guān)。根據(jù)工作面巷道頂板特點不同，可分為多層薄層頂板、復(fù)合頂板、層厚整體頂板和厚煤層頂板。我國地域遼闊煤礦地質(zhì)條件各不相同，但絕大多數(shù)巷道為復(fù)合頂板巷道。復(fù)合頂板的載荷屬于動載荷，其支護(hù)難度較大。針對復(fù)合頂板動壓巷道的支護(hù)經(jīng)歷從棚室支護(hù)到錨桿支護(hù)的轉(zhuǎn)變[1]。但在實際生產(chǎn)中，在復(fù)合頂板動壓巷道采用錨桿支護(hù)后仍出現(xiàn)較大的變形，而動壓為導(dǎo)致巷道出現(xiàn)較大變形的主要原因。因此，為提升復(fù)合頂板的支護(hù)效果，需對復(fù)合頂板動壓巷道進(jìn)行控制。

1 工程概況

本文以常村煤礦某工作面為研究對象，該煤層工作面呈現(xiàn)東高西低的趨勢，且工作面煤層的最大傾角為8.8°，工作面煤層起伏變化較大。經(jīng)現(xiàn)場勘測后知，夾矸平均厚度為0.34 m。該工作面煤層頂?shù)装宓那闆r如表1所示。

2 復(fù)合頂板巷道圍巖變形機(jī)理的研究

2.1 復(fù)合頂板特征

復(fù)合頂板最顯著的特征為頂板由軟巖層和硬巖層相互間隔組成，其中硬巖層位于頂板上部，軟巖層位于頂板下部。一般情況下，復(fù)合頂板下部的軟巖層的厚度小于3 m。而且，復(fù)合頂板巖層的抗變形能力較差，容易出現(xiàn)撓曲下沉的現(xiàn)象，從而導(dǎo)致頂板中軟硬巖層出現(xiàn)層離現(xiàn)象，最后導(dǎo)致軟硬巖層的分離[2]。

表1 常村煤礦某工作面頂?shù)装迩闆r

2.2 復(fù)合頂板巷道變形機(jī)理

工作面巷道在掘進(jìn)過程中，其圍巖為主要承載結(jié)構(gòu)。如果巷道圍巖未得到合理的支護(hù)，當(dāng)圍巖的應(yīng)力超過其強(qiáng)度要求時，便會打破巷道圍巖的平衡狀態(tài)。盡管巷道圍巖采用了相應(yīng)的支護(hù)結(jié)構(gòu)，但是所采用的支護(hù)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度無法抵抗巷道圍巖的壓力和變形情況，隨即也會打破巷道的平衡狀態(tài)。

巷道圍巖平衡狀態(tài)被打破的原理為：在巷道頂板巖層自重的作用下發(fā)生彎曲變形，并在巖層的各個截面上分解到一個彎矩，從而加劇了頂板的彎曲變形。頂板的彎曲變形又會進(jìn)一步加劇巖層的變形，在此惡性循環(huán)的基礎(chǔ)上，使得巖層平衡狀態(tài)最終被打破[3]。

3 復(fù)合頂板動壓巷道支護(hù)參數(shù)的設(shè)計

目前，應(yīng)用于綜采工作面最為廣泛的支護(hù)手段為錨桿（索）支護(hù)。錨桿作為支護(hù)的主體承擔(dān)著抗拉和抗剪的作用。為了提升錨桿（索）的支護(hù)效果，還常通過增加巷道鋼帶和托梁等支護(hù)手段進(jìn)行加固處理。為保證所采用巷道支護(hù)參數(shù)的合理性和有效性，通過理論計算對錨桿支護(hù)載荷、承載能力、錨桿的長度和密度、錨索的長度和密度等參數(shù)進(jìn)行核算。

根據(jù)工作面圍巖松動圈大小的測定結(jié)構(gòu)，并在結(jié)合圍巖物理力學(xué)特性和巷道支護(hù)參數(shù)設(shè)計理論以及巷道的斷面形狀的基礎(chǔ)上，對錨桿長度、密度，錨索長度、密度等參數(shù)進(jìn)行設(shè)計。

該煤礦工作面巷道的斷面形狀為矩形，結(jié)合煤礦其他工作面支護(hù)參數(shù)的設(shè)計經(jīng)驗，該工作面采用錨桿、錨索、金屬網(wǎng)、梁以及噴的聯(lián)合支護(hù)方式[4]。

3.1 某工作面外切眼一次切眼

3.1.1 頂板支護(hù)

1）錨桿布置：每排6根頂錨桿，錨桿間距800mm，排距1 000 mm。錨桿角度：靠近老塘幫的頂錨桿安設(shè)角度與垂線成25°外偏角，其他頂錨桿垂直頂板打設(shè)。

2）錨索“小五花”布置，兩根錨索時，靠老塘幫側(cè)錨索距老塘幫1 300 mm，間距1 800 mm；三根錨索時，靠老塘幫側(cè)錨索距老塘幫1 000 mm，間距1 500 mm。錨索規(guī)格為Φ22-1-19-8300 mm，錨索全部垂直頂板打設(shè)。

3）雙鋼筋托梁規(guī)格型號為：Φ16 mm×4 300 mm×800 mm×120 mm（6眼）。

4）網(wǎng)片規(guī)格：4 900 mm×1 100 mm（30 mm×30 mm），10號鉛絲編織，16號鉛絲聯(lián)接，雙絲雙扣，孔孔相聯(lián)。

3.1.2 巷幫支護(hù)

3.1.2.1 老塘幫

1）錨桿布置：幫布置4根錨桿，錨桿間距1 000mm，排距1 000 mm，幫頂角錨桿距離頂板為250 mm，幫底角錨桿距底板為250 mm，幫頂?shù)捉清^桿安設(shè)角度與垂線成10°外偏角，其他幫錨桿垂直打設(shè)。

2）雙鋼筋托梁規(guī)格型號為：Φ14 mm×3 200 m×1 000 mm×105 mm（4眼）。

3）網(wǎng)片規(guī)格：3 400 mm×1 100 mm（30 mm×30 mm），10號鉛絲編制，16號鉛絲聯(lián)接，雙絲雙扣，孔孔相聯(lián)。

3.1.2.2 回采幫

1）錨桿布置：每排布置4根玻璃鋼錨桿（Φ18mm×2 000 mm），錨桿間距1 300 mm，排距1 000 mm。幫頂角錨桿距離頂板為400 mm，幫底角錨桿距底板為500 mm。

2）打眼木托板：Φ160 mm×400 mm。

3.2 某工作面外切眼二次切眼

3.2.1 頂板支護(hù)

1）錨桿布置：每排5根頂錨桿，錨桿間距800mm，排距1 000 mm，靠近回采幫的頂錨桿安設(shè)角度與垂線成25°外偏角，其他頂錨桿垂直頂板打設(shè)。

2）錨索每排兩根布置，間距分別為1 500 mm、1 800 mm。間距1 500 mm時，靠回采幫側(cè)錨索距回采幫1 000 mm打設(shè)；間距1 800 mm時，靠回采幫側(cè)錨索距回采幫1 300 mm打設(shè)，錨索規(guī)格為Φ22-1-19-8300 mm，錨索全部垂直頂板打設(shè)。

3）雙鋼筋托梁規(guī)格型號為：Φ16mm×3500mm×800 mm×120 mm（5眼）。

4）網(wǎng)片規(guī)格：3 900 mm×1 100 mm（30 mm×30 mm），10號鉛絲編織，16號鉛絲聯(lián)接，雙絲雙扣，孔孔相聯(lián)。

3.2.2 回采幫

1）錨桿布置：每排布置4根玻璃鋼錨桿（Φ18mm×2 000 mm），錨桿間距1 000 mm，排距1 000 mm。幫頂角錨桿距離頂板為250 mm，幫底角錨桿距底板為250 mm。

2）打眼木托板：Φ160 mm×400 mm。

3）網(wǎng)片規(guī)格：3 400 mm×1 100 mm尼龍網(wǎng)。用16號鉛絲聯(lián)接，雙絲雙扣，孔孔相聯(lián)。

4 支護(hù)效果的驗證

為了驗證上述支護(hù)方案是否能夠達(dá)到較為理想的支護(hù)效果，在巷道內(nèi)每隔30 m設(shè)定一個觀測點對頂板離層量、表面收斂量等參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測。具體監(jiān)測結(jié)果如下：

1號監(jiān)測點頂板的最大沉降量為34 mm，最大沉降速度為7 mm/d；2號監(jiān)測點頂板的最大最大沉降量為17 mm，最大沉降速度為4 mm/d；3號監(jiān)測點頂板的最大最大沉降量為52 mm，最大沉降速度為11 mm/d；4號監(jiān)測點頂板的最大最大沉降量為45 mm，最大沉降速度為18 mm/d。

綜上所述，在對四個監(jiān)測點長達(dá)120 d的監(jiān)測中發(fā)現(xiàn)，巷道頂板的最大沉降量為52 mm，最大沉降速度為18 mm/d。上述變形量及變形速度均在允許范圍之內(nèi)，且滿足《煤炭安全規(guī)程》的巷道支護(hù)變形要求[5]。即說明本文針對復(fù)合頂板動壓巷道所設(shè)計的支護(hù)參數(shù)是合理的，可對巷道進(jìn)行有效支護(hù)。

5 結(jié)語

巷道支護(hù)效果和質(zhì)量一直以來是影響工作面是否能夠安全生產(chǎn)的關(guān)鍵，也是最為直接的影響因素。尤其是針對特殊頂板巷道而言，由于其頂板的動載荷特性相對復(fù)雜，為其支護(hù)效果帶來了一定的難度。因此，針對復(fù)合頂板動壓巷道而言，為保證其巷道支護(hù)效果和質(zhì)量采用錨桿+錨索+金屬絲網(wǎng)+金屬梁的聯(lián)合支護(hù)方式，并根據(jù)巷道形狀及動載荷特性設(shè)計錨桿、錨索的長度和密度，設(shè)金屬網(wǎng)網(wǎng)格的尺寸和金屬網(wǎng)的面積，為工作面的安全生產(chǎn)奠定扎實的基礎(chǔ)。此外，還可采用試驗巷道監(jiān)測的手段驗證所設(shè)計支護(hù)參數(shù)的有效性，進(jìn)而判斷是否需對支護(hù)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。