（陽泉煤業(yè)(集團(tuán))平定裕泰煤業(yè)有限公司，山西 陽泉 045200）

1 工程背景

平定裕泰煤業(yè)15104工作面位于+510 m水平，埋深平均550m，主采15#煤層，西部為礦井邊界保護(hù)煤柱，東部為二水平采區(qū)大巷，北部為已開采15102工作面，南部為未開采15106工作面，見圖1。煤層平均煤厚5.4m，平均傾角6°。采用綜采放頂煤開采，采高平均2.4m，采放比1∶1.25。采用全部垮落法管理頂板?；夭上锏廊垦孛簩禹敯宀贾?，開切眼沿底板布置，機(jī)頭、機(jī)尾串煤回采，其中回風(fēng)巷道為矩形，斷面尺寸為4.5 m×3.0m，斷面面積13.5 m2?；仫L(fēng)巷幫部及底板均是實(shí)體煤，直接頂由砂質(zhì)頁巖、泥巖等較軟弱巖體組合而成，平均厚度為3.6～4.0m，節(jié)理、裂隙發(fā)育充分，基本頂為石灰?guī)r，灰白色，成分為石英、長石，平均厚度為5.0～7.5m，質(zhì)地較堅(jiān)硬。

15104綜放面回風(fēng)巷兩幫為實(shí)體煤、頂板為含夾層的軟弱頂板，巷道掘進(jìn)過程中受上部15102工作面放頂煤影響，動(dòng)壓顯現(xiàn)強(qiáng)烈，加之巷道斷面較大，出現(xiàn)嚴(yán)重煤壁脫落、頂板下沉的情況。巷道原支護(hù)形式：頂板全部為短錨索支護(hù)，型號為Φ18.9 mm×4200 mm，間排距1000 mm×900 mm，每排布置4根；幫部全部為錨桿支護(hù)，型號為Φ20 mm×2400 mm，間距排距800 mm×900 mm，上下錨桿距頂?shù)装寰鶠?00 mm 見圖2。原支護(hù)形式不能完全控制巷道穩(wěn)定，增加了巷道維修工作量，對礦井高效安全生產(chǎn)帶來了不利影響。

圖1 15104工作面布置

圖2 原支護(hù)方式

2 15104回風(fēng)巷穩(wěn)定性分析

2.1 巷道頂板受力環(huán)境嚴(yán)峻

15104工作面埋深平均達(dá)550m，地應(yīng)力平均達(dá)13.8MPa，上部15102工作面與15104回風(fēng)巷之間煤柱僅為15m，15102工作面開采擾動(dòng)應(yīng)力強(qiáng)烈，平均應(yīng)力集中值在40MPa，而巷道煤層抗壓強(qiáng)度僅為15MPa、頂板泥巖抗壓強(qiáng)度僅為33MPa，圍巖承載能力與實(shí)際應(yīng)力環(huán)境不匹配，帶來應(yīng)力集中破壞現(xiàn)象。強(qiáng)烈的15102工作面采動(dòng)影響和15102采空區(qū)側(cè)向壓力對15104回風(fēng)巷道掘進(jìn)的影響顯著，造成巷道反復(fù)承載，圍巖內(nèi)部裂隙、孔隙擴(kuò)展發(fā)育，圍巖完整性喪失，逐步失去承載能力[1-2]。

2.2 原支護(hù)方式控制效果差

巷道頂板3.6～4.0m的砂質(zhì)頁巖與泥巖承載力學(xué)強(qiáng)度較低，對巷道頂板結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響較大。軟弱結(jié)構(gòu)巖體巖性含黏土成分較多，易膨脹崩解，容易風(fēng)化，導(dǎo)致周圍巖體進(jìn)一步破碎損壞；從頂板結(jié)構(gòu)組成和支護(hù)結(jié)構(gòu)來看，原支護(hù)方式短錨索支護(hù)強(qiáng)度低、支護(hù)范圍較分散，巷道頂板處在支護(hù)體支護(hù)范圍之外，軟弱部位與上方堅(jiān)硬頂板不能形成穩(wěn)定錨固體，受開采動(dòng)壓影響，導(dǎo)致頂板整體失穩(wěn)[3-4]。

3 15104回風(fēng)巷道聯(lián)合支護(hù)技術(shù)優(yōu)化

3.1 聯(lián)合支護(hù)原則

根據(jù)上述分析可知，在巷道頂板存在軟弱結(jié)構(gòu)，同時(shí)支護(hù)方案不能滿足控制要求時(shí)，研究采用聯(lián)合支護(hù)的方式進(jìn)行巷道掘進(jìn)期間圍巖控制[5]。首先，要實(shí)現(xiàn)對頂板軟弱夾層的整體性控制，選擇高強(qiáng)度高預(yù)應(yīng)力短錨索將頂板所有層位圍巖構(gòu)筑成錨固體；再者，應(yīng)該選擇合適的支護(hù)材料，保證錨索高預(yù)應(yīng)力、強(qiáng)破斷力、強(qiáng)承載力的狀態(tài)，能夠使得錨索支護(hù)應(yīng)力場有效覆蓋巷道頂板，防止出現(xiàn)拉伸破斷，形成穩(wěn)定強(qiáng)力的支護(hù)承載體；最后，針對15104回風(fēng)巷道兩幫為煤體的實(shí)際情況，需要對幫部和頂板繼續(xù)采取加強(qiáng)支護(hù)，擴(kuò)大受力面積，改善圍巖承載狀態(tài)，控制巷道整體變形。

3.2 支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)優(yōu)化

優(yōu)化后的回風(fēng)巷道支護(hù)方案見圖3，支護(hù)參數(shù)具體如下：

頂板支護(hù)：整體支護(hù)方式為短錨索、加長錨索、鋼帶網(wǎng)梁組合支護(hù)。頂板短錨索型號為Φ21.6 mm×5250 mm，材料為1×7 單根1860 級鋼絞線，間排距720 mm×800 mm，一排6根，預(yù)緊力≥295 kN；加強(qiáng)錨索規(guī)格同短錨索，長度為7300 mm，一排1根。錨索均垂直巷道頂板打設(shè)，其中加強(qiáng)錨索在巷道中線位置，錨索錨固劑均為2卷MSCK23/100的樹脂膠泥固化劑。托盤型號設(shè)計(jì)為300 mm×300 mm×16 mm，菱形金屬網(wǎng)規(guī)格為5200 mm×850 mm，其中網(wǎng)孔設(shè)計(jì)為80 mm×80 mm，鋼帶為M型，7 孔布置，孔間距720 mm，規(guī)格為4500 mm×176 mm×6 mm，屈服強(qiáng)度＞235MPa，搭接長度為200 mm，托梁型號為29U型鋼，長度1000m，承載能力230 kN。

幫部支護(hù)：幫部整體支護(hù)方式與頂板不同，幫部以錨桿支護(hù)為主、輔以加強(qiáng)錨索。錨桿采用的規(guī)格為Φ20 mm×3000 mm，材料為螺紋鋼，間排距870 mm×800 mm，一排按照4根布置，預(yù)緊力每根≥50 kN，右?guī)图訌?qiáng)錨索規(guī)格與頂板加強(qiáng)錨索相同，每排布置加強(qiáng)錨索2根，分別按照中線對稱打設(shè)，間排距2300 mm×1600 mm，左幫加強(qiáng)錨索規(guī)格同右?guī)?，間排距1600 mm×950 mm，托梁按照巷道方向布置，套棚距離5m、棚架上穿4根梁。錨桿使用的錨固劑為1卷MSCK23/60樹脂膠泥固化劑，托盤設(shè)計(jì)采用350 mm×120 mm×40 mm，菱形網(wǎng)規(guī)格設(shè)計(jì)采用3100 mm×850 mm，其中網(wǎng)孔選取為80 mm×80 mm。

圖3 改進(jìn)支護(hù)方案

4 應(yīng)用效果分析

采用優(yōu)化的支護(hù)方式后，需要對巷道支護(hù)效果進(jìn)行監(jiān)測分析，監(jiān)測方案設(shè)計(jì)為在掘進(jìn)迎頭后50m的新支護(hù)方案段內(nèi)布置監(jiān)測測站，對巷道繼續(xù)掘進(jìn)過程進(jìn)行圍巖變形監(jiān)測，監(jiān)測周期為45 d，統(tǒng)計(jì)巷道圍巖變形監(jiān)測值，繪制的表面位移監(jiān)測曲線結(jié)果見圖4。

圖4 巷道表面位移監(jiān)測曲線

由圖4可知，隨著巷道不斷掘進(jìn)，圍巖表面破壞不斷增加，具體表現(xiàn)在圍巖變形量上是：回風(fēng)巷道無論是頂板下沉、底板移近還是左右?guī)鸵平淖冃瘟浚憩F(xiàn)為階梯狀上升態(tài)勢，其中巷道兩幫移近變形值穩(wěn)定在21～23 mm，頂?shù)装遄冃我平糠€(wěn)定在19～22 mm，頂板下沉幅度以及兩幫變形幅度均較小，巷道整體失穩(wěn)可能性不大。再結(jié)合巷道頂板布置的離層儀監(jiān)測數(shù)據(jù)可知，頂板范圍內(nèi)離層量為3～5 mm，未出現(xiàn)大范圍不連續(xù)頂板，頂板整體性保持較好。從位移變化和離層變化來看，巷道圍巖變形情況良好，變形量均在可控范圍內(nèi)，結(jié)合錨索測力計(jì)顯示結(jié)果，頂板短錨索承載在14MPa穩(wěn)定波動(dòng)，在巷道繼續(xù)服務(wù)期間，未發(fā)生明顯坍塌現(xiàn)象，說明15104回風(fēng)巷道采取的聯(lián)合支護(hù)方式是有效的。

5 結(jié)語

15104回風(fēng)巷道頂板圍巖結(jié)構(gòu)軟弱，原錨網(wǎng)與錨索聯(lián)合支護(hù)支護(hù)參數(shù)不合理，受地應(yīng)力和動(dòng)壓影響，容易產(chǎn)生變形破壞，喪失承載能力。在結(jié)合理論分析和礦井現(xiàn)有支護(hù)材料基礎(chǔ)上，確定頂板采用短錨索+加強(qiáng)錨索支護(hù)，幫部采用錨桿+加強(qiáng)錨索支護(hù)的方式進(jìn)行掘進(jìn)期間巷道圍巖控制。新支護(hù)方式應(yīng)用后，頂板短錨索受力基本穩(wěn)定在14MPa，未出現(xiàn)拉伸破斷，巷道頂?shù)装逡平€(wěn)定在20 mm、兩幫移近穩(wěn)定在22 mm，圍巖整體性好、可控性強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)了放頂煤開采軟弱頂板巷道控制要求。