郝彥軍

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán) 長(zhǎng)溝煤礦，山西 晉中0 323700）

0 引 言

近年來(lái)伴隨采煤技術(shù)的發(fā)展，我國(guó)煤礦掘進(jìn)深度隨之增加，地質(zhì)條件變化更加復(fù)雜，給煤炭生產(chǎn)安全帶來(lái)諸多挑戰(zhàn)。其中有些煤礦開(kāi)采的煤層為近距離煤層，如河南平頂山、山西大同等。煤炭開(kāi)采作業(yè)中，存在擾動(dòng)，近距離煤層開(kāi)采時(shí)，上覆煤層開(kāi)采后，煤層底板多會(huì)產(chǎn)生裂隙，嚴(yán)重影響下覆煤層的開(kāi)采作業(yè)安全，同時(shí)頂板控制難度劇增，地質(zhì)條件惡化，回采時(shí)存在頂板冒落、圍巖位移的隱患。本文以長(zhǎng)溝煤礦近距離煤層區(qū)15112運(yùn)輸巷掘進(jìn)為研究對(duì)象，對(duì)地質(zhì)構(gòu)造薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行重點(diǎn)分析，擬采用錨桿網(wǎng)+工字鋼架棚聯(lián)合支護(hù)方式，并根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)，制定圍巖支護(hù)方案。

1 概 況

長(zhǎng)溝煤礦位于山西省晉中市境內(nèi)，井田南北長(zhǎng)約4.10 km，東西約4.0 km。至今開(kāi)采60余年，井田面積9.066 9 km2，開(kāi)采標(biāo)高1 350—810 m，生產(chǎn)規(guī)模90萬(wàn)t/a?？刹擅簩?、8、15號(hào)煤層，層間距10～25 m，局部煤層間距在10 m以內(nèi)。3號(hào)和8號(hào)為近距離煤層區(qū)，煤層厚度號(hào)分別為3.8 m和2.5 m，頂?shù)装逡苑凵皫r、泥巖為主，煤層間距平均值約15 m，最小層間距5 m。3號(hào)煤層開(kāi)采結(jié)束后，造成8號(hào)煤層頂板裂隙擴(kuò)張、頂板破碎，回采作業(yè)困難。15112運(yùn)輸巷需掘進(jìn)1 190 m，參照已有地質(zhì)資料數(shù)據(jù)，掘進(jìn)作業(yè)存在揭露斷層、陷落柱等風(fēng)險(xiǎn)，為解決這些問(wèn)題，擬采用錨網(wǎng)索+工字鋼的聯(lián)合支護(hù)方式。

2 圍巖支護(hù)設(shè)計(jì)

15112運(yùn)輸巷圍巖破碎情況給支護(hù)帶來(lái)困難。為優(yōu)化支護(hù)效果，擬使用主動(dòng)、被動(dòng)支護(hù)相結(jié)合的方式，即錨桿、錨索控制圍巖變形，鋼棚架提高圍巖表面強(qiáng)度。

15112運(yùn)輸巷道斷面呈梯形，凈高2.2 m，上寬2.8 m、下寬3.6 m。淺表圍巖以錨桿及金屬網(wǎng)固定，巷道表面以工字鋼架棚進(jìn)行加固，避免圍巖失穩(wěn)，發(fā)生危險(xiǎn)。巷道支護(hù)如圖1所示。

圖1 巷道支護(hù)斷面Fig.1 Roadway support section

巷道頂板使用螺紋鋼錨桿支護(hù)，型號(hào)規(guī)格為φ22 mm×2 200 mm，錨桿布置方式為一排4根，間距為800 mm，排距為1 000 mm。臨近巷幫的2根錨桿外插15°，居中的2根錨桿與頂板呈90°布置；采用方形托盤護(hù)表，其型號(hào)規(guī)格為120 mm×120 mm×8 mm，金屬網(wǎng)使用8號(hào)鋼絲編織。

巷道兩幫每幫設(shè)立2根錨桿，型號(hào)規(guī)格為φ22 mm×2 200 mm，間距和排距為1 000 mm，巷幫上下2根錨桿和頂?shù)装蹇刂崎g距約600 mm，配套的金屬網(wǎng)使用8號(hào)鋼絲編織。

鋼架棚以11號(hào)工字鋼為基材，棚距1 000 mm，以圓木填實(shí)頂部和巷幫，支撐巷道外表的巖體。

錨桿、錨索的預(yù)緊力是近距離煤層采空區(qū)下掘進(jìn)巷道支護(hù)的關(guān)鍵參數(shù)，提高預(yù)緊力有利于提升支護(hù)質(zhì)量。15122運(yùn)輸巷頂錨桿預(yù)緊力≥6.4 t，扭矩≥300 N·m；兩幫錨桿預(yù)緊力≥3 t，扭矩≥100 N·m；錨索預(yù)緊力10 t左右。

3 圍巖控制效果

為檢驗(yàn)設(shè)計(jì)的錨網(wǎng)索+工字鋼聯(lián)合支護(hù)效果，對(duì)15112運(yùn)輸巷圍巖變形進(jìn)行監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)內(nèi)容主要包括兩幫及頂板形變量，測(cè)量?jī)x器選擇JSS30A型數(shù)顯收斂計(jì)。監(jiān)測(cè)方法采用十字測(cè)點(diǎn)法，在測(cè)點(diǎn)周圍兩幫、頂?shù)装甯鞑贾糜^察點(diǎn)，如圖2所示。

圖2 觀察點(diǎn)布置示意（A、B、C、D 4個(gè)點(diǎn))Fig.2 The layout of observation points(A,B,C,D four points)

測(cè)量時(shí)測(cè)定AC、BD、AB、AD的距離，為提高測(cè)量精度，每個(gè)參數(shù)測(cè)量3次，取平均值作為有效數(shù)據(jù)。若測(cè)量值偏差較大時(shí)（＞0.5 mm時(shí)），則重新進(jìn)行測(cè)量。形變量具體計(jì)算方法如下：

觀測(cè)人員進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)量，實(shí)測(cè)AC、BD、AB、AD線段的初始值，依照式（1）計(jì)算x、x'、y、y'的初始值。之后每次測(cè)得AC、BD、AB、AD線段長(zhǎng)度值，則依照式（1）計(jì)算x、x'、y、y'的計(jì)算值，計(jì)算值與初始值的差，即表示A、B、C、D的絕對(duì)位移值。

在15122運(yùn)輸巷內(nèi)進(jìn)行圍巖支護(hù)效果檢測(cè)，取1號(hào)、2號(hào)兩個(gè)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行說(shuō)明。1號(hào)、2號(hào)測(cè)點(diǎn)分別位于掘進(jìn)迎頭10 m、50 m處。以測(cè)點(diǎn)為中心，對(duì)其周邊圍巖進(jìn)行變形量監(jiān)測(cè)（頂板、底板、巷幫），所測(cè)數(shù)據(jù)如圖3所示。

由圖3可知，測(cè)試的兩點(diǎn)巷道四周圍巖形變細(xì)微，且規(guī)律一致。監(jiān)測(cè)第1周，每日進(jìn)行1次數(shù)值測(cè)量，監(jiān)測(cè)7 d內(nèi)圍巖形變顯著；監(jiān)測(cè)第2周圍巖形變逐漸變緩；監(jiān)測(cè)第3周圍巖形變逐漸平緩，呈基本穩(wěn)定狀態(tài)。形變趨于穩(wěn)定后，1號(hào)測(cè)點(diǎn)周邊頂?shù)装?、巷幫變形量分別為159.90 mm、80.31 mm；2號(hào)測(cè)點(diǎn)周邊頂?shù)装?、巷幫變形量分別為157.50 mm、73.79 mm。

圖3 測(cè)點(diǎn)圍巖變形量監(jiān)測(cè)結(jié)果Fig.3 Monitoring results of surrounding rock deformation at measuring points

監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明，圍巖變形量較小，穩(wěn)定性好；觀察工字鋼架棚，目測(cè)無(wú)變形，外觀完好。頂板巖體無(wú)冒落情況，穩(wěn)定性較好。

4 結(jié)語(yǔ)

長(zhǎng)溝煤礦15122運(yùn)輸巷位于3號(hào)煤層采空區(qū)下方，受上覆煤層采動(dòng)影響，巖體開(kāi)裂嚴(yán)重，掘進(jìn)過(guò)程中存在巖層冒落、圍巖失穩(wěn)等重大隱患。通過(guò)實(shí)地考察，結(jié)合過(guò)往圍巖支護(hù)經(jīng)驗(yàn)，實(shí)施錨桿網(wǎng)+工字鋼架棚聯(lián)合支護(hù)。為檢驗(yàn)支護(hù)效果，對(duì)15112運(yùn)輸巷圍巖變形進(jìn)行監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明，采用聯(lián)合支護(hù)方式后，頂?shù)装搴拖飵妥畲笞冃瘟糠謩e為159.90 mm、80.31 mm，圍巖變形量小，且鋼架棚外觀良好、無(wú)變形，說(shuō)明設(shè)計(jì)的圍巖支護(hù)方案效果優(yōu)異，滿足了長(zhǎng)溝煤礦安全生產(chǎn)要求，為后期開(kāi)采作業(yè)奠定了良好的基礎(chǔ)。