張晨交

（山西晉煤集團(tuán)沁秀煤業(yè)有限公司， 山西 晉城 048006）

1 現(xiàn)場(chǎng)概況

23011 巷是坪上煤業(yè)二盤區(qū)首個(gè)工作面的進(jìn)風(fēng)順槽巷道，巷道沿頂板掘進(jìn)，煤層厚度4.9 m。該巷道位置偏遠(yuǎn)，構(gòu)造較多，構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)復(fù)雜，開采擾動(dòng)影響強(qiáng)烈，巷道目前掘進(jìn)至650 m，從現(xiàn)場(chǎng)圍巖條件和支護(hù)效果來看，目前一次使用巷道的錨桿支護(hù)效果很好，但支護(hù)密度過大、支護(hù)效率低，同時(shí)還存在如下問題：一是高剛度錨桿成本過高，不利于推廣和應(yīng)用，二是影響錨桿預(yù)應(yīng)力的因素較多，錨桿預(yù)應(yīng)力損失嚴(yán)重。因此非常有必要分析降低巷道支護(hù)密度的可行性，提出低密度高強(qiáng)度支護(hù)設(shè)計(jì)，以提高巷道掘進(jìn)效率。

2 研究?jī)?nèi)容

對(duì)23011 巷地應(yīng)力情況及地質(zhì)條件進(jìn)行調(diào)查，利用計(jì)算機(jī)軟件測(cè)定23011 巷的煤體強(qiáng)度，對(duì)巷道的初始設(shè)計(jì)進(jìn)行分析改進(jìn)，提出一次使用順槽巷道錨桿支護(hù)初始設(shè)計(jì)，并對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施情況進(jìn)行效果驗(yàn)證。

3 地應(yīng)力情況

對(duì)23011 巷400 m 前后選取三點(diǎn)進(jìn)行地應(yīng)力測(cè)試，具體位置為：第一測(cè)站位于井底車場(chǎng)配風(fēng)巷內(nèi)，第二測(cè)站位于2301 外回風(fēng)順槽內(nèi)，第三測(cè)站位于東軌大巷，距離6 號(hào)橫川向里60 m 處，測(cè)試結(jié)果見表1。

表1 地應(yīng)力特征表

結(jié)合表1 所測(cè)數(shù)據(jù)可知，從地應(yīng)力量值上來劃分，該區(qū)域?qū)儆谥械葢?yīng)力值區(qū)域。最大水平主應(yīng)力方向均為北偏東方向，垂直應(yīng)力主要影響巷道的兩幫。在應(yīng)力場(chǎng)中平行于最大水平主應(yīng)力方向是最佳巷道軸線方向[1]。

4 煤體強(qiáng)度參數(shù)測(cè)定

在西翼軌道巷靠近2301 工作面附近進(jìn)行了煤體強(qiáng)度測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如圖1、圖2 所示。

圖1 23011 巷道北幫煤體強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果

圖2 23011 巷道南幫煤體強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果

由圖中可以看出，巷道兩幫煤體強(qiáng)度最大17 MPa，最小5 MPa，平均強(qiáng)度在10 MPa 左右，煤體強(qiáng)度整體較低。

5 力學(xué)評(píng)估

根據(jù)上述研究成果，對(duì)該區(qū)域圍巖進(jìn)行綜合生產(chǎn)地質(zhì)力學(xué)評(píng)估。

5.1 圍巖巖性

該區(qū)域煤層頂板圍巖分布分層少，整體性好，圍巖巖性以泥巖、砂質(zhì)泥巖、砂巖為主，結(jié)構(gòu)性較好，整體強(qiáng)度相對(duì)較高。從結(jié)構(gòu)窺視來看，圍巖塑性區(qū)最大深度為3.5 m，且破碎區(qū)無離層破碎。

5.2 地應(yīng)力分布情況

該區(qū)域?yàn)橹械葟?qiáng)度地應(yīng)力分布區(qū)，最大水平主應(yīng)力方向?yàn)楸逼珫|方向，與巷道軸線近似平行，為巷道維護(hù)的最優(yōu)方向[2]，地應(yīng)力分布情況利于巷道支護(hù)與優(yōu)化。

5.3 水文與地質(zhì)構(gòu)造情況

該區(qū)域水文地質(zhì)類型定為二類二型中等，補(bǔ)給來源少，涌水量不大，易于管理。

根據(jù)地質(zhì)說明書，本盤區(qū)內(nèi)大中型斷層不太發(fā)育，小型斷層及陷落柱較為發(fā)育，整體條件較好，但掘進(jìn)時(shí)需注意小型構(gòu)造的影響。

5.4 生產(chǎn)條件

試驗(yàn)巷道23011 巷為一次使用順槽，巷道斷面為矩形，斷面積4.5 m×3.1 m，巷道斷面較小，巷道掘進(jìn)時(shí)周邊無采動(dòng)影響，生產(chǎn)條件良好。

綜合來看，該區(qū)域生產(chǎn)地質(zhì)條件相對(duì)簡(jiǎn)單，有利于進(jìn)行巷道維護(hù)，滿足巷道低密度高強(qiáng)度支護(hù)優(yōu)化的基礎(chǔ)條件。在3 號(hào)煤層一次使用順槽實(shí)施高強(qiáng)低密度支護(hù)技術(shù)是完全可行的。

6 支護(hù)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)巷道局部地段煤層大約有13°傾角，巷道為梯形斷面。根據(jù)巷道圍巖變形量和通風(fēng)設(shè)計(jì)要求需要，巷道掘進(jìn)斷面為4.5×（3+4）/2 m2。巷道沿煤層頂板掘進(jìn)。支護(hù)設(shè)計(jì)布置圖如圖3 所示。

圖3 2301 工作面順槽煤層傾角13°時(shí)巷道支護(hù)設(shè)計(jì)布置圖（單位：mm）

1）當(dāng)巷道掘進(jìn)超高時(shí)，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)具體情況，巷道高度超過500 mm 時(shí)每排每幫補(bǔ)打1 根錨桿進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)。

2）當(dāng)巷道掘進(jìn)超寬時(shí)，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)具體情況，巷道寬度超過800 mm 時(shí)每排補(bǔ)打1 根錨桿；寬度超過1 500 mm 時(shí)每排補(bǔ)打1 根錨索和1 根錨桿進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)。

3）當(dāng)巷幫煤體松軟破碎巷幫成型較差時(shí)，巷幫錨桿全部采用單體錨桿進(jìn)行支護(hù)，并用W 鋼護(hù)板進(jìn)行護(hù)表。

4）巷道頂板破碎時(shí)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)具體情況通過縮小錨桿、錨索間排距、增加錨索加強(qiáng)巷道支護(hù)強(qiáng)度。

7 現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證

在23011 巷道布置1 號(hào)測(cè)站，對(duì)巷道正常掘進(jìn)時(shí)頂?shù)装搴蛢蓭偷膰鷰r變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)，得其表面位移曲線如圖4 所示。

圖4 巷道掘進(jìn)時(shí)表面位移監(jiān)測(cè)曲線

從監(jiān)測(cè)曲線可以看出，各測(cè)點(diǎn)隨著相距掘進(jìn)工作面距離增大，變形速度由大逐漸變小，直至變形穩(wěn)定。巷道總變形量不大，頂板下沉量較?。ㄗ畲?0 mm），頂?shù)装遄畲笠平?7 mm，兩幫最大移近量94 mm。工作面正常推進(jìn)時(shí)，巷道變形仍然在持續(xù)，保持一個(gè)比較低的速度發(fā)生緩慢蠕變變形。但巷道變形受工作面動(dòng)壓的影響是最敏感的因素，一般超前工作面100 m 外開始發(fā)生變形，超前工作面30 m 處為變形劇烈區(qū)[3]，巷道變形均以兩幫變形為主，巷道變形量不大。

8 結(jié)論

對(duì)坪上煤業(yè)23011 巷道地質(zhì)和生產(chǎn)條件調(diào)查分析，針對(duì)23011 巷圍巖條件和受力特征，確定巷道優(yōu)化支護(hù)方案，提高了錨桿、錨索支護(hù)排距，同時(shí)將錨索支護(hù)長(zhǎng)度降低，有利于預(yù)緊力的有效發(fā)揮，形成低密度高強(qiáng)度穩(wěn)定型支護(hù)體系。優(yōu)化后的巷道支護(hù)設(shè)計(jì)用于井下試驗(yàn)。井下礦壓監(jiān)測(cè)表明，掘進(jìn)期間煤幫最大移近量94 mm，巷道變形以兩幫變形為主，且對(duì)回采動(dòng)壓引起的反應(yīng)敏感，一般超前工作面100 m外開始發(fā)生變形，變形劇烈區(qū)位于超前工作面0～30 m 處，兩幫最大位移量為176 mm，頂板下沉量最大為31 mm，巷道變形量不大。應(yīng)用分析表明，采用優(yōu)化后的支護(hù)方案，支護(hù)效果良好，維護(hù)量小，支護(hù)成本降低18.64%，掘進(jìn)效率提高10%。