孫云玲

（山西潞安礦業(yè)集團(tuán)慈林山煤業(yè)有限公司慈林山煤礦，山西 長(zhǎng)子 046605）

我國(guó)是世界上第一產(chǎn)煤大國(guó)，煤炭年產(chǎn)量占比在35%以上。隨著世界能源格局改變，煤炭在消費(fèi)能源中的占比有所降低，但短期內(nèi)我國(guó)以煤炭為主的消費(fèi)結(jié)構(gòu)不會(huì)改變[1-2]。我國(guó)煤炭開采以地下開采為主，需要大量的地下巷道，巷道圍巖的穩(wěn)定控制直接關(guān)系煤炭的安全高效開采。隨著巷道圍巖控制理論和技術(shù)的發(fā)展，目前，煤礦巷道大多采用錨桿支護(hù)形式，錨桿支護(hù)作為主動(dòng)支護(hù)技術(shù)的手段之一，其通過預(yù)緊力對(duì)巷道形成一定程度的約束，有效提高圍巖強(qiáng)度和完整性，同時(shí)，在巷道淺層圍巖形成主動(dòng)承載結(jié)構(gòu)，與支護(hù)結(jié)構(gòu)協(xié)同承載巷道圍巖變形[3-5]。

1 工程概況

慈林山煤礦9107 工作面開采太原組三段下部9 號(hào)煤層，煤層整體為單斜構(gòu)造，傾角變化范圍為0°～±8°，總體為由西向東呈上山趨勢(shì)，煤層厚0.00～1.66 m，平均1.12 m，局部含一層泥巖夾矸，煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，屬穩(wěn)定的大部可采煤層。9107 運(yùn)輸巷服務(wù)于9107 工作面，用作回采運(yùn)輸巷，巷道基本沿煤層走向布置，沿9#煤層掘進(jìn)。巷道北150 m 為9105 工作面，南為實(shí)體煤，東為井田邊界，西為9 煤回風(fēng)大巷、帶式輸送機(jī)大巷、軌道大巷。9107 工作面直接頂為厚層狀泥質(zhì)灰?guī)r，均厚1.1 m；直接底為厚層狀粗粒砂巖，平均厚度1.2 m。具體頂?shù)装鍘r層巖性特征見表1。如表所示，9107 工作面運(yùn)輸巷頂板為多層巖層復(fù)合，巷道圍巖控制相對(duì)困難。

表1 工作面頂?shù)装鍘r層巖性特征

2 巷道支護(hù)關(guān)鍵參數(shù)設(shè)計(jì)

9107 運(yùn)輸巷為矩形斷面巷道，掘進(jìn)寬度4.3 m，掘進(jìn)高度2.4 m?；谏a(chǎn)地質(zhì)條件，設(shè)計(jì)采用錨網(wǎng)索支護(hù)，具體設(shè)計(jì)如下。

（1）錨桿參數(shù)設(shè)計(jì)

① 錨桿長(zhǎng)度確定。頂錨桿主要是充分利用頂板巖層自身承載能，通過懸吊作用實(shí)現(xiàn)頂板巖層的穩(wěn)定控制；幫錨桿作用主要是提高幫部圍巖強(qiáng)度。錨桿長(zhǎng)度L應(yīng)滿足：

式中：L1為錨桿外露長(zhǎng)度，取0.1 m；L2為錨桿有效支護(hù)強(qiáng)度，頂錨桿取免壓拱高0.68 m，幫錨桿取破碎深度0.57 m；L3為錨桿錨固長(zhǎng)度，取1.2 m。經(jīng)計(jì)算L頂≥1.98 m，L幫≥1.87 m。

綜上確定，錨桿長(zhǎng)度為2.2 m。

② 錨桿間排距確定。錨桿通過給圍巖提供一定圍壓，改善錨固體自身承載能力，合理的錨桿間排距不僅能保證巷道圍巖穩(wěn)定，同時(shí)也有利于提高掘進(jìn)速度?；?107 工作面運(yùn)輸巷復(fù)合頂板巖層地質(zhì)條件，采用數(shù)值模擬的方式模擬不同錨桿間排距對(duì)應(yīng)的圍巖控制效果，模擬結(jié)果見表2。錨桿間排距為1.2 m×1.2 m，圍巖變形量最大，隨著圍巖間排距的不斷減小，圍巖變形量也逐漸減小，其中間排距由1.2 m×1.2 m 縮減為1.0 m×1.2 m，變形量減小幅度最大，之后隨著錨桿間排距的繼續(xù)減小，圍巖變形量減小幅度較小。綜上所述，考慮支護(hù)成本，確定錨桿間排距為1.0 m×1.2 m。

表2 不同錨桿間排距對(duì)應(yīng)的巷道變形情況

（2）錨索參數(shù)設(shè)計(jì)

① 錨索長(zhǎng)度。錨索主要是將淺部圍巖錨固至深部穩(wěn)定巖層，錨索長(zhǎng)度L應(yīng)滿足：

式中：L1為錨索錨固至較穩(wěn)定巖層的長(zhǎng)度，取0.9 m；L2為所需錨固的不穩(wěn)定巖層厚度，依據(jù)頂?shù)装鍘r性，取4.0 m；L3為托盤鎖具等長(zhǎng)度，取0.07 m；L4為外露長(zhǎng)度，取0.3 m。經(jīng)計(jì)算，L≥5.27 m，因此確定錨索長(zhǎng)度為6.3 m。

② 錨索間排距。錨索間排距同樣采用數(shù)值模擬的方式模擬不同錨索布置方案對(duì)應(yīng)的圍巖控制效果，見表3。錨索排距4.8 m，每排2 根，巷道圍巖變形量最大，其余布置方案均可有效降低圍巖變形。綜上所述，考慮支護(hù)成本，確定錨索布置排距3.6 m，每排1 根。

表3 不同錨索布置方案對(duì)應(yīng)的巷道變形情況

3 巷道支護(hù)方案

9107 運(yùn)輸巷設(shè)計(jì)采用錨網(wǎng)索梁聯(lián)合支護(hù)技術(shù)，具體支護(hù)參數(shù)如下：

（1）頂板支護(hù)。錨桿桿體為20#左旋無縱筋螺紋鋼筋，鋼號(hào)為335#，長(zhǎng)度2200 mm，桿尾螺紋為M22，采用2 支樹脂錨固劑錨固，1 支規(guī)格為MSCKB2335，1 支規(guī)格為MSZ2360；每排錨桿采用Φ14 mm 的Q235 圓鋼焊接而成鋼筋托梁連接，配套規(guī)格為150 mm×150 mm×10 mm 的高強(qiáng)度拱形托板；采用金屬鐵絲網(wǎng)護(hù)頂，網(wǎng)片規(guī)格為4.5 m×1.2 m 經(jīng)緯網(wǎng)，網(wǎng)格50 mm×50 mm；錨桿間排距1000 mm×1200 mm，每排5 根，錨桿扭矩力300 N·m，錨固力127 kN。錨索規(guī)格為Φ18.9 mm-1×7 股的鋼 絞 線，長(zhǎng) 度6.3 m，配1 支MSCKb2335 和2 支MSZ2360 樹脂錨固劑，采用300 mm×300 mm×16 mm 高強(qiáng)度可調(diào)心托板及配套鎖具預(yù)緊，居中布置1根，排距3600 mm，垂直頂板巖層，錨索初始漲拉至250 kN，損失后不低于200 kN。

（2）巷幫支護(hù)。巷道采用非對(duì)稱支護(hù)方式，煤柱幫錨桿規(guī)格、組件、要求和頂錨桿一致，回采幫采用玻璃鋼錨桿，桿體為20#，長(zhǎng)度2200 mm，間排距均為1100 mm×1200 mm，玻璃鋼錨桿采用一支規(guī)格為MSZ2360 的錨固劑錨固，扭矩力不低于40 N·m。巷道支護(hù)斷面圖如圖1。

圖1 巷道支護(hù)斷面圖

4 效果分析

將設(shè)計(jì)支護(hù)參數(shù)應(yīng)用于試驗(yàn)巷道，技術(shù)應(yīng)用后，監(jiān)測(cè)了巷道變形情況。巷道變形主要發(fā)生在巷道初掘1 個(gè)月內(nèi)，該階段內(nèi)，巷道頂?shù)装謇塾?jì)移近量約56 mm，移近速度約為1.8 mm/d；巷道兩幫累計(jì)移近量約36 mm，移近速度約為1.2 mm/d。巷道掘出3 個(gè)月后，圍巖變形速度小于0.3 mm/d，巷道圍巖趨于穩(wěn)定。此時(shí)巷道頂?shù)装謇塾?jì)移近量約75 mm，巷道兩幫累計(jì)移近量約44 mm，巷道圍巖整體變形量均較小，證明了慈林山煤礦復(fù)合頂板下巷道支護(hù)參數(shù)的合理性。

5 結(jié)語

基于慈林山煤礦9107 運(yùn)輸巷復(fù)合頂板地質(zhì)條件，理論計(jì)算了所需錨桿索長(zhǎng)度，分析了錨桿索間排距對(duì)巷道圍巖的控制效果，據(jù)此，設(shè)計(jì)了采用錨網(wǎng)索梁聯(lián)合支護(hù)方案，監(jiān)測(cè)結(jié)果證明了復(fù)合頂板巷道支護(hù)參數(shù)的合理性。