呂浩浩

（山西煤炭運(yùn)銷(xiāo)集團(tuán)陽(yáng)城西河煤業(yè)有限公司， 山西 陽(yáng)城 048100）

引言

煤礦安全生產(chǎn)備受企業(yè)和作業(yè)人員的關(guān)注，煤礦生產(chǎn)的安全性在一定程度上受制于巷道支護(hù)效果和質(zhì)量。隨著工作面的不斷推進(jìn)，工作面頂?shù)装迩闆r、煤層情況等均在發(fā)生變化，原支護(hù)方案無(wú)法適應(yīng)工作面地質(zhì)變化的情況[1]。因此，需根據(jù)工作煤層、頂?shù)装遄兓闆r對(duì)巷道支護(hù)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，進(jìn)而獲得最佳支護(hù)效果，以滿足實(shí)際生產(chǎn)的需求。本文著重對(duì)某礦502 巷道的支護(hù)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，并對(duì)優(yōu)化后的支護(hù)方案進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證其效果。

1 工程概況

某煤礦的設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為60 萬(wàn)t/a，目前可開(kāi)采的煤層有4 號(hào)、5 號(hào)煤層。其中，4 號(hào)煤層的厚度較薄可全部開(kāi)采，5 號(hào)煤層的厚度范圍為2.85～8.25 m，平均煤層厚度為5.08 m。該煤礦的502 工作面中的運(yùn)輸巷道高度為3.2 m，寬度為4 m，其頂?shù)装迩闆r如表1 所示。

2 工作面支護(hù)現(xiàn)狀分析

2.1 支護(hù)參數(shù)

在設(shè)計(jì)初期，結(jié)合502 工作面頂?shù)装迩闆r及煤層特征，僅對(duì)工作面頂板和巷幫進(jìn)行了支護(hù)，具體支護(hù)方案如下。

表1 502 工作面頂?shù)装迩闆r

2.1.1 頂板支護(hù)參數(shù)

頂板采用錨桿+錨索的聯(lián)合支護(hù)。其中，錨桿支護(hù)參數(shù)中，錨桿之間的間距為1 000 mm，每排錨桿之間間距為1 500 mm，每排錨桿的數(shù)量為4 根；所采用錨桿型號(hào)為左旋無(wú)縱筋螺旋鋼筋，鋼筋的直徑為22 mm，錨桿的長(zhǎng)度為2 m；錨桿采用2 支樹(shù)脂藥卷進(jìn)行固定，錨桿對(duì)應(yīng)錨固的直徑為28 mm，錨固長(zhǎng)度為950 mm；錨索支護(hù)參數(shù)中，錨索之間的間距為1 000 mm，每排錨索之間間距為1 500 mm；錨索的直徑為18.9 mm，長(zhǎng)度為7.3 m；錨索采用3 支樹(shù)脂藥卷進(jìn)行固定，對(duì)應(yīng)錨固鉆孔的直徑為19 mm[2]。

2.1.2 巷幫支護(hù)參數(shù)

工作面巷道兩幫采用錨桿支護(hù)，具體支護(hù)參數(shù)如下中，每排錨桿之間的間距為1 500 mm，錨桿之間的間距為1 000 mm，且每排錨桿的數(shù)量為3 根；所采用錨桿的類(lèi)型為左旋螺紋鋼樹(shù)脂錨桿，錨桿直徑為18 mm；采用2 支樹(shù)脂藥卷對(duì)錨桿進(jìn)行錨固；為錨桿配置塑料網(wǎng)護(hù)幫，護(hù)幫的寬度為2 000 mm，長(zhǎng)度為2 500 mm，護(hù)幫網(wǎng)片的規(guī)格為邊長(zhǎng)為50 mm 的正方形[3]。

502 工作面支護(hù)斷面如圖1 所示。

圖1 502 斷面原支護(hù)斷面圖（單位：mm）

2.2 原支護(hù)方案下支護(hù)效果

在實(shí)踐生產(chǎn)中，在原支護(hù)方案下502 工作面頂板出現(xiàn)較大的裂縫，且巷道兩幫均出現(xiàn)較大的變形。為了準(zhǔn)確掌握原支護(hù)方案的缺陷，對(duì)502 工作面設(shè)置監(jiān)測(cè)斷面，對(duì)頂板和巷幫變形的具體數(shù)值進(jìn)行監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)結(jié)果如表2 所示。

表2 502 工作面巷道變形定量分析 mm

綜上所述，工作面當(dāng)前的支護(hù)方案存在一定的缺陷，導(dǎo)致其對(duì)巷道頂板和兩幫圍巖的控制效果較差[4]。為保證工作面的安全生產(chǎn)，急需對(duì)工作面的支護(hù)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。

3 巷道支護(hù)參數(shù)的優(yōu)化及試驗(yàn)

3.1 巷道支護(hù)參數(shù)的優(yōu)化

3.1.1 錨桿參數(shù)的優(yōu)化

基于自穩(wěn)隱形拱理論，當(dāng)運(yùn)輸順槽頂板固定錨索后其對(duì)應(yīng)的自穩(wěn)隱形拱高度為1.9 m。則，頂板所需錨桿的長(zhǎng)度L 計(jì)算公式如式（1）所示：

式中：L1為頂錨桿外露的長(zhǎng)度，L1=0.1 m；L2為自穩(wěn)隱形拱高度，L2=1.9 m；L3為錨桿伸入自穩(wěn)隱形拱外的距離，L3=0.5m。經(jīng)計(jì)算可知，頂錨桿的總長(zhǎng)度為2.5m。

根據(jù)頂錨桿長(zhǎng)度為2.5 m，結(jié)合當(dāng)前市面錨桿的通用規(guī)格，擬選用頂錨桿的直徑為20 mm。根據(jù)式（2）計(jì)算得出每排錨桿的數(shù)量n：

式中：n 為每排錨桿的數(shù)量，G 為頂板冒落拱內(nèi)錨桿承擔(dān)煤體的載荷，G=151.98 kN；QB為所選型錨桿的屈服強(qiáng)度，QB=65 kN[4]。經(jīng)計(jì)算得n=4.67。則，取每排錨桿的數(shù)量為5 根。由于巷道的寬度為6 200 m，則確定錨桿之間的間排距為1 400 mm，對(duì)應(yīng)每排錨桿的間距為900 mm。

最終確定針對(duì)運(yùn)輸順槽頂板的錨桿支護(hù)所選型的錨桿參數(shù)為：直徑為20 mm，長(zhǎng)度為2 500 mm，間排距為900 mm×1 400 mm，每排錨桿的數(shù)量為5 根[5]。

同理，運(yùn)輸順槽巷幫錨桿支護(hù)所選型錨桿的參數(shù)為：直徑為20 mm，長(zhǎng)度為2 200 mm，每排錨桿數(shù)量為3 根，間排距為700 mm×1 400 mm。

3.1.2 錨索參數(shù)的優(yōu)化

錨索長(zhǎng)度的計(jì)算如式（3）所示：

式中：Ls為錨索總長(zhǎng)度；La為直接頂厚度，La=4.3 m；Lb為錨索自由段長(zhǎng)度，Lb=3.2 m；Lc為錨索外露長(zhǎng)度，Lc=0.3 m。經(jīng)計(jì)算得：錨索總長(zhǎng)度為7.8 m。

由于錨桿的間距為1 400 mm，故選擇錨索的間距同樣為1 400 mm，結(jié)合支護(hù)經(jīng)驗(yàn)選擇錨索與錨索之間的間距為1 600 m。

3.2 支護(hù)參數(shù)優(yōu)化后的試驗(yàn)

為驗(yàn)證502 工作面巷道支護(hù)參數(shù)優(yōu)化后的支護(hù)效果，對(duì)優(yōu)化后支護(hù)方案在工作面實(shí)施20 d 內(nèi)巷道某50 m 段頂板和兩幫的變形情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)結(jié)果如圖2 所示。

圖2 支護(hù)參數(shù)優(yōu)化后工作面變形情況監(jiān)測(cè)結(jié)果

如圖2 所示，工作面支護(hù)參數(shù)經(jīng)優(yōu)化設(shè)計(jì)后，巷道頂板的最大變形量約為32.5 mm，遠(yuǎn)小于原支護(hù)方案下頂板348.2 mm 的變形量；巷道兩幫的最大變形量不到10 mm，遠(yuǎn)小于原支護(hù)方案下巷道兩幫450.1 mm 的變形量。

綜上所述，經(jīng)對(duì)502 工作面巷道支護(hù)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)后，現(xiàn)有的支護(hù)方案能夠?qū)ο锏理敯搴蛢蓭偷膰鷰r變形進(jìn)行很好的控制。

4 結(jié)語(yǔ)

一直以來(lái)，煤礦安全生產(chǎn)是備受關(guān)注的話題，巷道的支護(hù)效果和質(zhì)量直接決定煤礦的安全生產(chǎn)。為保證巷道支護(hù)效果需根據(jù)工作面煤層、地質(zhì)以及頂?shù)装迩闆r的變化對(duì)支護(hù)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整。本文對(duì)某煤礦502 工作面的支護(hù)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)后巷道頂板的最大變形量約為32.5 mm，遠(yuǎn)小于原支護(hù)方案下頂板348.2 mm 的變形量；巷道兩幫的最大變形量不到10 mm，遠(yuǎn)小于原支護(hù)方案下巷道兩幫450.1 mm 的變形量?？傊瑑?yōu)化后的支護(hù)參數(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)工作面巷道圍巖的良好控制。