張鵬飛

（大同煤礦集團有限責(zé)任公司云岡礦，山西 大同 037017）

1 工程概況

云岡礦8409 工作面位于12#煤層404 盤區(qū)，工作面北部為8411 工作面，西部為8409 工作面待采區(qū)，東部為保護煤柱，南部為設(shè)計的8415 工作面。地面標(biāo)高1176～1251 m，工作面標(biāo)高940～990 m，平均埋深250 m。8409 工作面煤厚0.85～2.39 m，平均1.62 m，煤層傾角2°～6°，平均為4°。工作面直接頂為中粒砂巖，灰白色，厚度平均14.6 m；直接底為粉砂巖與細(xì)砂巖的互層，灰色，含有少量植物化石及煤屑，厚度平均為5.2 m。煤層普式系數(shù)為3，屬于中硬煤層，層理不發(fā)育，構(gòu)造較穩(wěn)定。

8409 工作面切巷為半煤巖巷道，布置在12#煤層中，設(shè)計長度108 m。巷道掘進斷面規(guī)格寬×高=6.2 m×2.6 m，凈斷面規(guī)格寬×高=6.1 m×2.35 m。巷道掘進方位角為0°，采用一次成巷技術(shù)，掘進時沿煤層頂板掘進，必要時起底掘進。由于8409切巷一次成巷要求高，巷道兩幫處在煤巖體交替的部位，巖性差別較大，為保證掘進后通風(fēng)、運輸、服務(wù)年限的要求，對巷道圍巖控制穩(wěn)定性要求較高，盡量避免返修或者大修情況。因此，針對8409 大斷面切巷復(fù)雜圍巖狀態(tài)下的圍巖穩(wěn)定性控制顯得十分必要。

2 大斷面切巷圍巖穩(wěn)定控制分析

8409 切巷開掘前處在三向應(yīng)力平衡狀態(tài)，如圖1（a），開掘后，切巷周圍應(yīng)力重新分布，如圖1（b）。應(yīng)力平衡狀態(tài)被破壞后，煤巖體將向切眼臨空面產(chǎn)生位移，導(dǎo)致巷道頂?shù)装灏l(fā)生變形破壞，進一步造成切巷兩幫煤巖體的應(yīng)力峰值向深部轉(zhuǎn)移，造成巷道失穩(wěn)或控制難度較大。

切巷開掘后，兩側(cè)幫部承受較大的垂直應(yīng)力，由于一側(cè)處于臨空狀態(tài)，巷幫處于單向受力狀態(tài)，極易發(fā)生變形或失穩(wěn)現(xiàn)象?？刂茙筒孔冃蔚拇胧┚褪且獙蜗蚴芰D(zhuǎn)變?yōu)閮上驊?yīng)力狀態(tài)，通過施加水平方向應(yīng)力阻止巷幫向臨空側(cè)的運動趨勢。而切巷頂板的受力較幫部更復(fù)雜，主要受垂直方向的地應(yīng)力和水平方向的軸向推力，均和埋深H 有關(guān)。針對大跨度切巷而言，由于采出空間較大，頂板會出現(xiàn)一定程度的彎曲下沉，在所受兩種力的作用下，受拉破壞與彎曲破壞同時產(chǎn)生，導(dǎo)致切巷頂板破壞形式是以拉裂、剪切共同作用的復(fù)合破壞狀態(tài)。

圖1 切眼開掘前后不同應(yīng)力狀態(tài)

8409 大斷面切巷的變形破壞主要集中在頂板中部，由于頂板跨度達6.2 m，導(dǎo)致巷幫對頂板的支撐作用發(fā)揮有限，造成頂板下沉量大而主要發(fā)生張拉破壞；兩側(cè)巷幫則由于承受地應(yīng)力與支撐剪切力的原因，主要發(fā)生剪切破壞。因此，在對8409 切巷進行控制技術(shù)研究時，一是要控制頂板的彎曲下沉，二是要減弱巷幫的剪切破壞，并盡可能提高頂板和巷幫的整體承載力。針對8409 切巷頂板和巷幫的控制要求，可以使用錨索將頂板遠(yuǎn)距離巖層形成錨固區(qū)大結(jié)構(gòu)，使用錨桿將頂板與巷幫近距離煤巖體形成錨固區(qū)小結(jié)構(gòu)的方式共同發(fā)揮控制作用維持切巷穩(wěn)定。

3 錨桿索聯(lián)合支護控制技術(shù)

3.1 錨桿索支護控制方案

根據(jù)大斷面切巷圍巖穩(wěn)定控制機理的分析，8409 切巷確定采用錨桿索聯(lián)合支護的方式進行圍巖控制。切巷支護平面與支護斷面如圖2（a）、圖2（b）。

（1）頂板支護。錨桿直徑為18 mm，長度為1800 mm，材質(zhì)為無縱肋螺紋鋼錨桿，鋼材型號為MG400，屈服強度不低于400 MPa，延伸率12%，排距為1000 mm，間距為900 mm，一排七根沿巷道中線對稱布置，錨固劑型號為1 支MSK2360 樹脂錨固劑；錨索直徑為17.8 mm，長6000 mm，材質(zhì)為強力鋼絞線，抗拉強度不低于1860 MPa，延伸率3.5%，配套鎖具KM18-1860，排距2000 mm，間距為1600 mm，一排四根沿巷道中線相距700 mm 對稱布置，錨固劑型號為一支MSCKB2360 樹脂錨固劑，預(yù)緊力不低于210 kN，錨固力不低于320 kN。頂板錨桿采用兩根四眼W 型鋼帶搭接，鋼帶規(guī)格3200 mm×220 mm×3 mm，孔間距900 mm，孔徑為20 mm，錨桿托盤為蝶形托盤，規(guī)格為110 mm×110 mm×10 mm，屈服強度不小于235 MPa；頂板錨索采用兩根兩眼鋼梁，鋼梁規(guī)格2800 mm×110 mm×110 mm，孔間距1600 mm，兩根梁之間間距為200 mm，沿巷道中線對稱布置，錨索托盤規(guī)格為350 mm×350 mm×10 mm 的鋼板，承載力不小于錨索承載力的1.5 倍。

（2）巷幫支護。巷幫支護分工作面?zhèn)鹊牟擅簬秃凸ぷ髅婧蟮墓盘翈?。幫部錨桿型號和材質(zhì)與頂部錨桿相同，沿巷道頂板向下300 mm 依次施工兩根錨桿，錨桿上下間距1500 mm，排距1500 mm，兩排錨桿之間打一根單點錨桿，單點錨桿型號和材質(zhì)與其他部位錨桿相同，幫部錨桿布置整體呈五花狀，幫部錨桿采用單眼鋼帶，規(guī)格為450 mm×220 mm×3 mm，抗拉強度不小于375 MPa；巷道古塘幫采用金屬菱形網(wǎng)，規(guī)格為3700 mm×2000 mm，采煤幫采用雙抗拉伸網(wǎng)，規(guī)格為2000 mm×10 000 mm，網(wǎng)與網(wǎng)之間搭接合理，搭接處聯(lián)網(wǎng)孔每隔100 mm 用14#鉛絲扭結(jié)呈“三花狀”綁扎牢固，扭結(jié)不少于3圈。

圖2 切巷錨桿索支護設(shè)計

3.2 支護控制效果分析

8409 切巷采用EBZ-200 掘進機進行截割裝載，80 式橋式轉(zhuǎn)載機配合SJ-80 膠帶輸送機進行運煤，MQT 系列風(fēng)動鉆機進行錨桿索打設(shè)工作。為掌握8409 切巷圍巖控制效果，對巷道進行表面位移、頂板離層和錨桿受力監(jiān)測，表面位移監(jiān)測采用“十字布點法”，頂板離層采用KGE30B 頂板離層儀監(jiān)測，錨桿受力采用LDZ-200 型錨桿拉力機監(jiān)測。測站間距為25 m，監(jiān)測時間為30 d，監(jiān)測結(jié)果如圖3。

在切巷成巷初期，由于應(yīng)力重新分配尚未穩(wěn)定，巷道表面位移變化幅度較緩。1～6 d 內(nèi)，底鼓量在20 mm，兩幫移近量在16 mm，頂板下沉10 mm。監(jiān)測時間繼續(xù)增加，表面位移變化速率顯著增長，到監(jiān)測20 d 時，底鼓量增加到155 mm，頂板下沉量增加到95 mm，兩幫移近量增加到130 mm。繼續(xù)監(jiān)測，巷道圍巖變形基本保持不變。切巷頂板離層變化趨勢同樣先緩慢再急劇增加，最后趨于穩(wěn)定，穩(wěn)定后的深基點離層量為100 mm，中基點離層量為80 mm，淺基點離層量為50 mm。頂部錨桿和幫部錨桿的受力變化不大，說明在巷道監(jiān)測周期內(nèi)圍巖應(yīng)力變化較穩(wěn)定。8409 切巷采取錨桿索控制技術(shù)一次成巷后，改善了支護質(zhì)量，提高了工作效率，滿足了切眼服務(wù)工作面的技術(shù)要求。

圖3 8409 切巷控制效果監(jiān)測

4 結(jié)論

8409 工作面大斷面復(fù)雜圍巖切巷跨度大，圍巖性質(zhì)復(fù)雜，地應(yīng)力水平高，頂板主要以彎曲下沉為主，幫部主要產(chǎn)生剪切破壞。根據(jù)這種破壞特點，確定8409 切巷采取錨桿索聯(lián)合支護控制圍巖的方式。工程實踐結(jié)果表明，切巷兩幫移近量穩(wěn)定在130 mm，頂?shù)装逡平糠€(wěn)定在250 mm，頂板巖層的離層趨勢均在可控范圍內(nèi)，支護質(zhì)量大幅改善，圍巖控制效果能夠滿足8409 工作面生產(chǎn)要求。