蔣春林

（山西天地王坡煤業(yè)有限公司，山西 晉城 048021）

1 工程概況

王坡煤礦位于山西省晉城市澤州縣下村鎮(zhèn)，主采3#煤層，所采煤層平均埋深約為500～700 m。煤層厚度平均為5.80 m，煤層穩(wěn)定，全區(qū)可采，煤層傾角為2° ～10°，平均為6°。3#煤層基本頂為中砂巖，平均厚度為8.89 m，單軸抗壓強(qiáng)度平均為74.1 MPa；直接頂為砂質(zhì)泥巖，平均厚度為4.00 m，單軸抗壓強(qiáng)度平均為41.6 MPa；偽頂為炭質(zhì)泥巖，平均厚度為0.30 m，單軸抗壓強(qiáng)度平均為11.0 MPa；直接底為泥巖或細(xì)粉砂巖，平均厚度為2.10 m，單軸抗壓強(qiáng)度平均為36.7 MPa；基本底為中砂巖，平均厚度為3.20 m，單軸抗壓強(qiáng)度平均為74.1 MPa。

3#煤層采用盤區(qū)式布置，間隔跳躍開采，因此部分工作面為孤島工作面，工作面回采過程中，礦壓顯現(xiàn)強(qiáng)烈，極易引起巷道圍巖失穩(wěn)，對(duì)巷道支護(hù)提出了更高的要求[1-4]。本文以3206 孤島工作面回采巷道為工程背景進(jìn)行分析。

2 巷道支護(hù)設(shè)計(jì)

2.1 地質(zhì)力學(xué)測(cè)試

3206 工作面為孤島工作面，前期對(duì)3206 工作面附近同一盤區(qū)的3210 工作面區(qū)域進(jìn)行了地應(yīng)力測(cè)試。3210 回風(fēng)順槽800 m 處，最大水平主應(yīng)力值為7.75 MPa，最小水平主應(yīng)力值為4.23 MPa，垂直應(yīng)力值為15.19 MPa，最大水平主應(yīng)力方向?yàn)镹42.3°W；3210 回風(fēng)順槽1350 m 處最大水平主應(yīng)力值為6.94 MPa，最小水平主應(yīng)力值為3.82 MPa，垂直應(yīng)力值為13.86 MPa，最大水平主應(yīng)力方向?yàn)镹24.2°W。最大水平主應(yīng)力方向主要為NNW-NW方向，方向一致性好。地應(yīng)力的類型為σv＞σH＞σh。相關(guān)研究表明，垂直應(yīng)力對(duì)巷道兩幫的影響作用大于對(duì)頂?shù)装宓挠绊憽?/p>

根據(jù)對(duì)圍巖變形破壞機(jī)理的分析，得出3206工作面順槽巷道的支護(hù)控制原則如下：

（1）加強(qiáng)兩幫支護(hù)，兩幫要一次性支護(hù)到位，對(duì)強(qiáng)烈動(dòng)壓巷道兩幫全部進(jìn)行錨索加強(qiáng)支護(hù)。

（2）動(dòng)壓巷道采用沿頂掘進(jìn)，嚴(yán)格控制巷道斷面尺寸，嚴(yán)禁超挖。頂板采用錨索加強(qiáng)支護(hù)。

（3）大幅提高支護(hù)系統(tǒng)強(qiáng)度和剛度，特別是支護(hù)剛度，采用高預(yù)應(yīng)力、大護(hù)表面積實(shí)現(xiàn)預(yù)應(yīng)力的有效擴(kuò)散，提高錨桿和錨索的預(yù)緊力轉(zhuǎn)化效率。

（4）若局部頂板巖層易風(fēng)化破碎，采用頂板圍巖噴漿，避免風(fēng)化破碎。

（5）由于王坡煤礦頂板巖性的問題，巷道頂板在掘出2 年后會(huì)發(fā)生劣化，要進(jìn)行定期巡查、維護(hù)，根據(jù)變形情況及時(shí)進(jìn)行挑頂、起底、補(bǔ)強(qiáng)、注漿、架棚等維護(hù)措施。

2.2 回采巷道支護(hù)設(shè)計(jì)

3206 回采巷道斷面尺寸5000 mm×3800 mm，頂板選用Ф22 mm×2400 mm 的強(qiáng)力錨桿，間排距為900 mm×1000 mm，頂板共布置6 根錨桿，垂直頂板布置。頂板錨索選用Ф22 mm×6300 mm 的高強(qiáng)度礦用鋼絞線錨索，沿巷道軸線4-4 布置，每排4 根，距兩幫各700 mm，間排距為1200 mm×1000 mm，全都垂直頂板巖層打設(shè)。巷幫選用Ф22 mm×2400 mm 的強(qiáng)力錨桿，間排距為900 mm×1000 mm，每幫布置4 根錨桿，垂直巷幫布置。巷幫錨索選用Ф22 mm×4300 mm 的高強(qiáng)度低松弛鋼絞線錨索，沿巷道幫部打設(shè)錨索，3-3 布置，間排距為1200 mm×1000 mm，距頂500 mm，全都垂直巷幫打設(shè)。為保證錨桿（索）的整體支護(hù)效果，采用金屬網(wǎng)護(hù)表，網(wǎng)片為網(wǎng)格50 mm×50 mm 的10#鉛絲編織，規(guī)格3300 mm×1200 mm，采用雙股16#鐵絲孔孔相連捆扎一道，扭結(jié)不少于3 圈，聯(lián)網(wǎng)間距200 mm；巷道頂板每隔100 m 安裝一片同規(guī)格的塑料網(wǎng)替換原金屬網(wǎng)。巷道支護(hù)示意圖如圖1。

圖1 巷道支護(hù)方案示意圖（mm）

3 工業(yè)性試驗(yàn)

所需施工機(jī)具如表1 所示，采用MQT120/130型單體風(fēng)動(dòng)錨桿機(jī)鉆裝錨桿。配套鉆桿為B19 型中空釬桿，鉆頭為30 mm 雙翼鉆頭。用幫錨桿機(jī)鉆裝煤幫錨桿，用氣動(dòng)鑿巖機(jī)鉆打巖幫錨桿。

表1 施工機(jī)具

在3206 回風(fēng)巷每隔50 m 布置一個(gè)綜合測(cè)站，共布置3 個(gè)測(cè)站，每個(gè)綜合測(cè)站均對(duì)現(xiàn)場(chǎng)巷道圍巖變形量、頂板離層量及錨桿（索）荷載進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)。其中巷道圍巖變形量采用十字布點(diǎn)法監(jiān)測(cè)，頂板離層量借助頂板離層儀測(cè)量，深基點(diǎn)設(shè)置在頂板巖層6300 mm 位置，淺基點(diǎn)設(shè)置在2400 mm 位置。錨桿（索）荷載監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置如圖2。

圖2 錨桿（索）監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置（mm）

現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)曲線如圖3 所示。

如圖3（a）所示，在巷道掘進(jìn)過程中，巷道圍巖變形量逐漸增大。在巷道掘進(jìn)初期，巷道圍巖變形量增長(zhǎng)幅度較快，兩幫變形量增長(zhǎng)幅度為6 mm/d，頂?shù)装逡平吭鲩L(zhǎng)幅度為4 mm/d；當(dāng)測(cè)點(diǎn)距離掘進(jìn)工作面100 m 范圍以后，巷道圍巖逐漸趨于穩(wěn)定，最終巷道頂?shù)装逡平繛?80 mm，兩幫移近量為227 mm，巷道圍巖整體變形量不大。如圖3（b）所示，巷道頂板離層量變化趨勢(shì)與圍巖變形趨勢(shì)相似，同樣是巷道掘進(jìn)前期增長(zhǎng)幅度較快，在距離掘進(jìn)工作面100 m 以后，離層量基本不再發(fā)生變化，最終淺部離層量為25 mm，深部離層量為16 mm。與頂板下沉量相比，離層量幾乎可以忽略不計(jì)，表明支護(hù)效果良好，頂板無失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)。如圖3（c）及3（d）所示，在距離掘進(jìn)工作面50 m 范圍內(nèi)時(shí)，錨桿（索）受力增長(zhǎng)幅度較大，之后隨著距離工作面越來越遠(yuǎn)，錨桿（索）受力逐漸趨于穩(wěn)定。巷道實(shí)體煤側(cè)錨桿阻力初始值平均為48 kN，最終值平均為65 kN；煤柱側(cè)錨桿阻力初始值平均為55 kN，最終值平均為70 kN；頂板錨桿初始值平均為51 kN，最終值平均為60 kN。巷道實(shí)體煤幫錨索受力最終值平均為115 kN，煤柱側(cè)錨索受力最終值為134 kN，頂板錨索受力最終值平均為125 kN。整體來看，巷道圍巖變形量不大，頂板巖層無失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)，錨桿（索）受力穩(wěn)定，支護(hù)效果良好。

圖3 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)曲線

4 結(jié)論

針對(duì)孤島工作面礦壓顯現(xiàn)劇烈，對(duì)回采巷道支護(hù)要求更高的問題，以3206 工作面為工程背景，采用理論分析及工程類比的方法，提出采用錨桿（索）+鋼筋網(wǎng)的支護(hù)方案。在3206 回風(fēng)巷設(shè)置礦壓監(jiān)測(cè)點(diǎn)，對(duì)巷道圍巖變形量、頂?shù)装逡平考板^桿（索）受力進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)。巷道整體變形量不大，頂板巖層無失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)，錨桿（索）受力穩(wěn)定，支護(hù)效果良好，可以滿足現(xiàn)場(chǎng)的安全生產(chǎn)需求。