王俊增

（潞安化工集團(tuán)調(diào)度指揮部，山西 襄垣 046200）

引言

巷道支護(hù)是巷道高效掘進(jìn)的前提條件，保證支護(hù)方案的有效性能夠保障施工人員的作業(yè)安全。尤其是對(duì)于部分新建礦井來說，初期采取的巷道支護(hù)方案通常和巷道圍巖的實(shí)際支護(hù)需求存在偏差，使得巷道掘進(jìn)過程中圍巖變形過大，降低巷道的工作效率。針對(duì)上述問題，考慮礦井生產(chǎn)過程中的實(shí)際需求，在現(xiàn)有方案的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，提出一種實(shí)際應(yīng)用效果較好、能夠適應(yīng)高強(qiáng)度采掘作業(yè)的支護(hù)方案，并展開分析。

1 某礦8 號(hào)煤層概況

某礦井當(dāng)前主采煤層為8 號(hào)煤層，煤層均厚4.2 m，傾角均值3°，近似水平，煤層整體穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)單一，全區(qū)可供開采。主采煤層上部由砂質(zhì)泥巖直接頂以及泥巖、砂質(zhì)泥巖混層老頂組成，二者厚度均值依次為7.8 m 以及16.5 m；下部由泥巖直接底以及砂質(zhì)砂巖層老底組成，二者厚度均值依次為11.3 m 和12.8 m。1807 回風(fēng)巷是當(dāng)前礦井回采作業(yè)面回風(fēng)巷道，埋深大于300 m，沿煤層頂板掘設(shè)，斷面呈矩形，斷面凈寬4 800 mm、凈高3 200 mm[1-2]。

2 巷道原支護(hù)方案及其不足分析

1807 回風(fēng)巷現(xiàn)有支護(hù)方案為錨網(wǎng)索支護(hù)，相應(yīng)參數(shù)包括：頂錨桿選取螺紋鋼錨桿，錨桿長(zhǎng)2 400 mm、直徑20 mm，每排錨桿數(shù)量為6 根，相鄰錨桿間的間距為800 mm、排距為1 000 mm。頂錨索選取預(yù)應(yīng)力鋼絞絲錨索，錨索長(zhǎng)5 400 mm、直徑22 mm，采用“二O 二”的布置方式，相鄰錨索的間距為2 000 mm、排距為2 400 mm。巷幫選取玻璃鋼錨桿，錨桿長(zhǎng)1 800 mm、直徑18 mm，相鄰錨桿的間距為800 mm、排距為1 000 mm[3-4]。綜上可知，現(xiàn)有支護(hù)方案錨桿錨索數(shù)量較多，密度較大，但是實(shí)際支護(hù)情況難以滿足要求，經(jīng)測(cè)該支護(hù)方案下，巷道頂?shù)装搴拖飵鸵平恳来螢?24 mm 以及405 mm，變形量過大，出現(xiàn)嚴(yán)重的破壞，降低了巷道掘進(jìn)的效率，威脅施工人員的生產(chǎn)安全。該方案支護(hù)效果不理想的原因包括：頂板支護(hù)錨桿和錨索參數(shù)設(shè)計(jì)不合理導(dǎo)致支護(hù)強(qiáng)度不足，造成巷道頂板下沉量過大；兩幫支護(hù)選取的巷玻璃鋼錨桿強(qiáng)度不足且未設(shè)置相應(yīng)的補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)方案。針對(duì)上述問題，設(shè)計(jì)合理的補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)方案，保證巷道圍巖變形量的控制。

3 巷道支護(hù)方案改良分析

針對(duì)1807 回風(fēng)巷道現(xiàn)有支護(hù)方案的不足之處，優(yōu)化頂板以及兩幫的支護(hù)參數(shù)。優(yōu)化后的頂板和巷幫支護(hù)示意圖如圖1、圖2 所示，具體參數(shù)如下。

圖1 優(yōu)化后巷道頂板支護(hù)示意圖（單位：mm）

圖2 優(yōu)化后巷幫支護(hù)示意圖（單位：mm）

1）頂板支護(hù)。頂板支護(hù)錨桿更換為高強(qiáng)度螺紋鋼錨桿，長(zhǎng)度2 400 mm、直徑22 mm，相鄰錨桿間的間距為900 mm、排距為1 000 mm，與巷幫相鄰的錨桿同巷幫間的間距不得大于250 mm，頂錨桿和頂板布置為垂直關(guān)系。選取2 支樹脂錨固劑對(duì)錨桿進(jìn)行加長(zhǎng)錨固，錨固力超過150 kN，預(yù)緊力矩超過400 N·m。配套托盤選取拱形高強(qiáng)度鋼托盤，托盤長(zhǎng)度150 mm、寬度150 mm、高度10 mm。頂板錨索更換為預(yù)應(yīng)力鋼絞絲錨索，長(zhǎng)度6 400 mm、直徑22 mm，相鄰錨索間的間距為2 000 mm、排距為2 400 mm，選取樹脂錨固劑對(duì)錨索進(jìn)行加長(zhǎng)錨固。配套托盤選取高強(qiáng)度可調(diào)心鋼托盤，托盤長(zhǎng)度300 mm、寬度300 mm、高度16 mm，錨索預(yù)緊力超過300 kN。采用護(hù)網(wǎng)進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，頂板錨桿索支護(hù)表面鋪設(shè)兩層護(hù)網(wǎng)，第一層采用菱形金屬網(wǎng)，材料為10 號(hào)鐵絲，護(hù)網(wǎng)長(zhǎng)度5200mm、寬度1300 mm；第二層采用高承壓塑料網(wǎng)，網(wǎng)孔長(zhǎng)度30 mm、寬度30 mm。頂板鋼筋托梁選取鋼筋直徑14 mm，長(zhǎng)度4 600 mm、寬度80 mm，為五孔結(jié)構(gòu)[5-6]。

2）巷幫支護(hù)。支護(hù)錨桿更換為螺紋鋼錨桿，錨桿直徑22 mm、長(zhǎng)度2 400 mm，每排錨桿的數(shù)量為4 根，上部3 根錨桿布置在鋼筋托梁孔內(nèi)部，下部錨桿同W型鋼帶護(hù)板配合使用，上錨桿同頂板的間隔為300 mm，下錨桿同底板的間隔為400 mm，上部3 根錨桿間隔為800 mm，最后1 根錨桿同下部錨桿的間距為900 mm、排距為1 200 mm。巷幫布置的錨桿均使用2支樹脂錨固劑進(jìn)行加長(zhǎng)錨固，錨固力超過70 kN，預(yù)緊力矩超過40 N·m，配套托盤選取塑料托盤。巷幫鋼筋托梁長(zhǎng)度1 900 mm、寬度80 mm，為三孔結(jié)構(gòu)。支護(hù)表面鋪設(shè)菱形金屬網(wǎng)，護(hù)網(wǎng)長(zhǎng)度3500mm、寬度1300 mm。與之配合的W 型鋼帶護(hù)板采用BHW-280-4-400 型。巷幫支護(hù)錨索更換為鋼絞絲錨索，錨索直徑22 mm、長(zhǎng)度5 400 mm，采用“一O 一”的布置方式，支護(hù)錨索布置于巷幫兩排鋼筋托梁的中間位置，同頂?shù)装彘g的間距均為1 650 mm，相鄰錨索間的排距為2 400 mm[7-8]。

4 支護(hù)方案優(yōu)化后應(yīng)用效果分析

采用十字測(cè)點(diǎn)法，對(duì)1807 回風(fēng)巷道在優(yōu)化后支護(hù)方案的作用下，巷道圍巖的控制效果進(jìn)行檢測(cè)，采取實(shí)時(shí)檢測(cè)的方式對(duì)巷道圍巖的變形量進(jìn)行檢測(cè)。在1807 回風(fēng)巷道內(nèi)設(shè)置2 個(gè)觀測(cè)站點(diǎn)，站點(diǎn)間的間隔為100 m，每3 d 進(jìn)行1 次觀測(cè)作業(yè)，單次觀測(cè)時(shí)長(zhǎng)為60 d。巷道表面位移變形量如圖3 所示。

圖3 1807 巷道表面位移變形量隨時(shí)間變化示意圖

根據(jù)圖3 不難看出，1807 回風(fēng)巷道內(nèi)布置的2個(gè)測(cè)站觀測(cè)結(jié)果大致相同，說明巷道表面位移變形量同時(shí)間的變化關(guān)系大致相同。前30 d 內(nèi)，2 個(gè)測(cè)站觀測(cè)到的巷道表面變形量增長(zhǎng)速率較大。1 號(hào)測(cè)站測(cè)得的頂?shù)装逡约跋飵妥冃瘟孔畲笾狄来问?04 mm 以及125 mm，頂?shù)装逡约跋飵偷淖冃嗡俾室来问?.44 mm/d 以及4.23 mm/d；2 號(hào)測(cè)站測(cè)得的頂?shù)装逡约跋飵妥冃瘟孔畲笾狄来问?11 mm 以及146 mm，頂?shù)装逡约跋飵偷淖冃嗡俾室来问?.65 mm/d 以及4.87 mm/d。后30 d 內(nèi)，巷道頂?shù)装逡约跋飵妥冃瘟口厔?shì)逐漸水平，圍巖變形量無明顯增大，也就意味著巷道圍巖處于穩(wěn)定狀態(tài)。在整個(gè)監(jiān)測(cè)過程中，巷道頂?shù)装逡约跋飵妥冃瘟孔畲笾狄来问?12.6 mm 以及149.23 mm，變形量均未超過相關(guān)指標(biāo)，觀測(cè)結(jié)果表明，優(yōu)化后的支護(hù)方案使得巷道圍巖變形得到了很好的控制，提升了巷道的掘進(jìn)效率，保障了施工人員的作業(yè)安全，使得巷道的綜合效益顯著提升。

5 結(jié)語

巷道圍巖變形問題是礦井回采過程中常見的問題之一，設(shè)計(jì)科學(xué)合理的支護(hù)方式保證巷道圍巖變形的控制，對(duì)于巷道掘進(jìn)效率的提升以及施工人員的生產(chǎn)安全有重要意義。礦井管理者應(yīng)當(dāng)給予足夠的重視，安排相關(guān)人員，對(duì)于生產(chǎn)過程中相關(guān)環(huán)節(jié)進(jìn)行深入研究，設(shè)計(jì)出科學(xué)合理的支護(hù)方案適應(yīng)巷道的高強(qiáng)度采掘工作，完成巷道圍巖的有效控制，為礦井生產(chǎn)綜合效益提升打下扎實(shí)的基礎(chǔ)。