王新國(guó)

（神東煤炭集團(tuán)榆家梁煤礦 陜西 榆林 719316）

0 引言

煤礦巷道頂板通常具有典型的軟弱復(fù)合頂板特征[1-2]，頂板極易發(fā)生離層和垮落，且巷道圍巖變形較大，支護(hù)較為困難[3]，冒頂事故時(shí)有發(fā)生，嚴(yán)重制約著煤礦安全高效生產(chǎn)。隨著巷道支護(hù)技術(shù)的不斷發(fā)展，許多專(zhuān)家學(xué)者在軟弱復(fù)合頂板支護(hù)技術(shù)方面進(jìn)行了廣泛研究[4]，本文基于以上研究成果，針對(duì)榆家梁煤礦93210膠運(yùn)順槽軟弱復(fù)合頂板的工程特點(diǎn)，提出“內(nèi)+外層錨桿”聯(lián)合支護(hù)方案，并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐驗(yàn)證該聯(lián)合支護(hù)形式的可行性，此研究結(jié)果可為類(lèi)似工程地質(zhì)條件下的軟弱復(fù)合頂板支護(hù)技術(shù)提供借鑒與參考。

1 工程概況

榆家梁煤礦目前主采煤層為3-1#煤，煤層埋深約120 m，煤層厚度為3.28 m~3.60 m，平均厚度3.40 m，平均傾角1°，煤體普氏系數(shù)f約為1.2，煤層賦存穩(wěn)定、起伏小，為全區(qū)可采煤層。煤層直接頂為厚4.0 m～6.31m的泥巖，普氏系數(shù)f約為1.98；老頂為厚4.92 m～11.70 m的粉砂巖，直接底為厚0 m～0.56 m的泥巖，老底為厚0.30 m～1.86 m的細(xì)砂巖。93210工作面位于二盤(pán)區(qū)東南部，工作面北為93208工作面采空區(qū)，南為實(shí)體煤區(qū)，東為二盤(pán)區(qū)三條大巷，西為邊界煤柱，工作面布置如圖1所示。

圖1 93210工作面平面布置圖

2 巷道原支護(hù)方案及存在的問(wèn)題

2.1 巷道原支護(hù)方案

93210膠運(yùn)順槽沿3-1#煤底板掘進(jìn)，設(shè)計(jì)長(zhǎng)度2 290.18 m，主要用于工作面煤炭運(yùn)輸和進(jìn)風(fēng)。巷道斷面形狀為矩形，設(shè)計(jì)斷面尺寸為5 400×2 800 mm（寬×高）。93210膠運(yùn)順槽采用“錨桿＋錨索＋鋼帶”支護(hù)，支護(hù)參數(shù)如下：

（1）頂板支護(hù)

巷道頂板采用?16×2 100 mm螺紋錨桿，錨桿間排距為1 100 mm×1 000 mm，每排5根，錨索采用?15.24×6 500 mm樹(shù)脂錨索，鋼托盤(pán)規(guī)格為300×300×12 mm，間排距為2 500×3 000 mm，每排2根。兩巷之間的聯(lián)巷錨桿間排距為1 100×1 000 mm，每排5根。

（2）兩幫支護(hù)

巷道兩幫錨桿規(guī)格為?16×2 100 mm，材質(zhì)為A3圓鋼，M16螺母，端頭錨固，錨桿間排距為900×800 mm，每根幫錨桿配套使用CK?23×500 mm，1卷/眼，托盤(pán)采用150×150×10 mm正方形碗狀鋼托盤(pán)。

2.2 存在的問(wèn)題

93210膠運(yùn)順槽為托頂煤跟底掘進(jìn)巷道，巷道頂板為是由砂巖以及泥巖分布組成，直接頂為軟弱泥巖層，其為軟弱復(fù)合頂板。由于泥巖和砂巖不同的各巖層性質(zhì)，使在巷道掘進(jìn)后應(yīng)力作用下，不同巖層間發(fā)生離層現(xiàn)象，致軟弱復(fù)合頂板發(fā)生整體的離層失穩(wěn)破壞。

對(duì)93210膠運(yùn)順槽的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，由于現(xiàn)支護(hù)設(shè)計(jì)方案僅對(duì)巷道頂板進(jìn)行錨索支護(hù)，巷道兩幫采用錨桿支護(hù)，支護(hù)參數(shù)較弱，導(dǎo)致巷道頂板、兩幫發(fā)生不同程度的變形，嚴(yán)重影響著工作面安全生產(chǎn)。為此，基于巷道支護(hù)理論確定合理的支護(hù)參數(shù)非常必要。

3 優(yōu)化支護(hù)方案設(shè)計(jì)及數(shù)值模擬分析

3.1 優(yōu)化支護(hù)方案

內(nèi)層錨桿可以將圍巖淺部的巖體重新積密形成穩(wěn)定的錨固體，具有高承載力的長(zhǎng)錨桿可以作用于深部的巖層中，二者相互作用，共同維護(hù)巷道圍巖的穩(wěn)定。

93210膠運(yùn)順槽巷道采用內(nèi)+外層錨桿組合的支護(hù)方案，在巷道的頂板內(nèi)層錨桿采用長(zhǎng)2.5 m的MS?GLW-500/22左旋螺紋鋼錨桿，錨桿間排距為600×600 mm，巷道兩幫采用長(zhǎng)2.5 m的MSGLD-500/20左旋螺紋鋼錨桿，錨桿間排距為800×800 mm，每根錨桿配用兩卷MSK2360的樹(shù)脂錨固劑；外層錨桿采用長(zhǎng)6.5 m的MSGLW-500/22自進(jìn)式注漿長(zhǎng)錨桿，錨桿間距排距為800×600 mm，每根錨桿配用三卷CK2360的樹(shù)脂錨固劑，靠近巷幫的錨桿在安裝時(shí)與垂線(xiàn)約20°，其余與頂板垂直布置；錨桿打設(shè)完成后在巷道頂板、兩幫表面噴射厚度為240 mm的混凝土，優(yōu)化支護(hù)方案見(jiàn)圖2。

圖2 優(yōu)化支護(hù)方案布置圖

3.2 數(shù)值模擬分析

運(yùn)用FLAC3D軟件對(duì)93210膠運(yùn)順槽巷道支護(hù)方案進(jìn)行數(shù)值模擬，對(duì)比分析原支護(hù)方案與優(yōu)化支護(hù)技術(shù)方案下巷道開(kāi)挖后圍巖的變形。

模型尺寸為50×2×18 m（長(zhǎng)×寬×高），共劃分為41 350個(gè)單元和61 095個(gè)節(jié)點(diǎn)，重力加速度為9.8 m/s,模型采用大變形計(jì)算模式。模型的左、右以及上端面設(shè)置為應(yīng)力邊界條件，在模型的上頂面施加等同于巷道的實(shí)際埋深的應(yīng)力載荷，模型前、后端面以及底面設(shè)置為位移邊界。

圖3 三維數(shù)值模型

3.3 頂板變形監(jiān)測(cè)

兩支護(hù)方案下93210膠運(yùn)順槽頂板變形監(jiān)測(cè)曲線(xiàn)如圖4所示，由圖可看出，采用優(yōu)化支護(hù)方案后，巷道頂板最大沉降值約為15.2 mm，最大沉降值比原支護(hù)方案減小了約46%，說(shuō)明優(yōu)化支護(hù)方案可有效控制軟弱復(fù)合頂板的穩(wěn)定性。

圖4 巷道垂直位移分布云圖

4 應(yīng)用效果分析

在93210膠運(yùn)順槽巷道內(nèi)采用優(yōu)化支護(hù)方案并布置JSS30A數(shù)顯收斂計(jì)監(jiān)測(cè)巷道圍巖的變形，根據(jù)所得監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的平均值繪制原支護(hù)方案與優(yōu)化支護(hù)方案的圍巖變形速率和變形量曲線(xiàn)圖，如圖5所示。

圖5 巷道圍巖變形量曲線(xiàn)圖

由圖6可以看出，采用優(yōu)化支護(hù)方案后巷道穩(wěn)定后頂板最大變形量約為19.0 mm，兩幫最大變形量為5.7 mm，相比于原支護(hù)方案巷道頂板兩幫最大變形量減小了約59.6%、54.8%，表明巷道圍巖變形得到了有效的控制。

5 結(jié)語(yǔ)

以榆家梁煤礦93210膠運(yùn)順槽巷道為工程背景，對(duì)軟弱復(fù)合頂板巷道支護(hù)技術(shù)展開(kāi)研究，主要得到如下結(jié)論：

（1）對(duì)軟弱復(fù)合頂板巷道原支護(hù)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，并通過(guò)數(shù)值模擬確定了支護(hù)參數(shù)的可行性。

（2）采用優(yōu)化支護(hù)方案后，巷道頂板、兩幫最大變形量相比于原支護(hù)方案下變形量減少約59.6%、54.8%，變形量并趨于穩(wěn)定，巷道圍巖得到了有效控制，說(shuō)明該方案可滿(mǎn)足軟弱復(fù)合頂板巷道支護(hù)的要求，支護(hù)效果良好，驗(yàn)證了方案的合理性。