吳力超

（山西省能源職業(yè)學校， 山西 太原 030006）

0 引言

煤礦生產的安全性在很大程度上受制于對工作面頂板的管理效果，即對工作面圍巖的控制效果直接決定生產的效率。多年來，煤礦軟巖巷道由非均勻質地的巖體組成，在實際生產中其對應的巷道變形不協(xié)調，導致工作面出現(xiàn)了較為嚴重的離層和失穩(wěn)問題，進而造成對巷道嚴重的破壞。目前，針對煤礦軟巖巷道的支護雖然取得了一定的成果，但是仍然存在成本高、維護費用高以及返修工作量大的問題，主要以軟巖巷道工作面為實例開展系列研究，對其支護方案進行優(yōu)化設計。

1 支護現(xiàn)狀分析

11011 回采巷道為某煤礦首采面的巷道，該回采巷道的頂?shù)装鍡l件總結如下：11011 回采巷道頂板巖層的主要成分為泥巖和砂質泥巖，巖層的最大厚度為13.20 m；同時，在頂板巖層中夾雜碳質泥巖，視為偽頂。11011 回采巷道底板巖層主要成分為砂巖，并在砂巖中含有部分泥巖和砂質泥巖。

整個巷道斷面形狀呈現(xiàn)為梯形。目前，巷道在工字鋼對棚支護的基礎上采用錨桿和錨索進行強化支護，具體支護參數(shù)如下：

錨桿采用直徑為18 mm、長度為2 100 mm 的麻花錨桿，錨桿間距為700 mm、間排距為700 mm；錨索采用直徑為15.24 mm、長度為8 m 的高強度低松弛的鋼絞線，錨索量長度為3.6 m[1-2]。為真實掌握上述支護參數(shù)下對應巷道圍巖的控制效果，分別對巷道兩幫移近量和頂板下沉量進行測量。

針對11011 回采巷道當前支護狀態(tài)下巷道圍巖兩幫移近量和頂板下沉量的觀測需求，本工程采用十字交叉法對觀測點進行布置，如圖1 所示。

圖1 兩幫移近量觀測點布置示意圖

如圖1 所示，巷道內共設置有5 組觀測點，每間隔10 m 設置一排監(jiān)測點。

本次監(jiān)測對每個觀測位置的最大位移值進行記錄，觀測結果如表1 所示。

表1 巷道圍巖兩幫移近量 單位：cm

2 巷道支護方案的設計及工業(yè)性試驗

根據(jù)當前11011 回采巷道當前支護狀態(tài)下對應的兩幫移近量和頂板下沉量的觀測結果，對巷道的支護方案進行改進，以進一步提升對巷道圍巖的控制效果，進而保證工作面的生產效率[3]。

2.1 巷道支護原則

1）對巷道進行有效支護后，其圍巖狀態(tài)處于彈塑性變形狀態(tài)，對應的巷道斷面收縮率很小。

2）由于巷道的斷面收縮性小，則對應的巷道斷面變形非常小，即斷面形狀幾乎不會被改變，從而保證斷面具有較高的利用率。

3）對巷道進行有效支護后，在實際生產過程中不會造成沖擊載荷導致液壓支架受力不均勻等局面，從而確保液壓支架的穩(wěn)定工作。

4）支護完成后，當工作面載荷不發(fā)生突變的工況下不會對引起變形現(xiàn)象，即可長時間保證穩(wěn)定狀態(tài)。

2.2 支護方案設計

結合11011 工作面煤層所屬三軟煤層，其頂板巖層的強度較小而且呈現(xiàn)裂隙發(fā)育狀態(tài)?？偟膩碇v，11011 工作面頂板的管理相對困難；同時，考慮到工作面煤層的強度較小且煤層厚度變化范圍大。綜合上述因素，11011 工作面煤層在開采時期容易受到礦壓沖擊性的影響。因此，需要對11011 工作面回采巷道根據(jù)不同位置所承受的沖擊性傾向大小和煤層厚度選擇靈活的支護方案，具體如下：

1）當工作面煤層開采時所承受的沖擊性傾向明顯時應采用O 型棚進行支護，并沿著巷道頂部進行掘進開采；本工程對應O 型棚支護在巷道內的實施長度為15 m，支護示意如圖2 所示。

圖2 O 型棚支護示意圖（單位：mm）

2）當工作面煤層開采時所承受的沖擊性傾向不太明顯時應采用外扎腿U 型棚進行支護，并沿著巷道煤層中部進行掘進開采，支護示意如圖3所示。

圖3 U 型棚支護示意圖（單位：mm）

3）當所屬區(qū)域煤層厚度較大且其所承受的沖擊性傾向不明顯或者無沖擊性傾向時應采用微拱工字鋼對巷道進行支護，并沿著巷道煤層底板進行掘進，可極大提升掘進速度的同時，降低支護成本。

本工程O 型棚和U 型棚支護采用的主材料均為U36 型鋼。

3 巷道圍巖支護效果觀測結果

本章對采用靈活支護方式后對工作面圍巖的控制效果進行觀測，重點對頂板下沉量和兩幫移近量進行觀測。由于O 型棚支護方案對應在巷道施工的長度僅為15 m。因此，重點對U 型棚支護方式下對應巷道兩幫移近量和頂板下沉量進行觀測。同樣，在本次觀測中采用十字交叉法對觀測站進行布置，分別在巷道頂板、底板、左右兩幫各布置一個觀測點，觀測結果分析如圖4 所示。

圖4 圍巖控制效果

如圖4 所示，對于巷道兩幫移近量而言，在支護方案實施大約5 d 后，巷道變形趨于穩(wěn)定，而且變形量均小于10 mm/d；對于頂板下沉量而言，在支護方案實施6 d 內巷道的頂板下沉速率較大，在第7 天后巷道的下沉速度減小，即變形量非常小。

對11011 回采巷道采用靈活支護方案后可其頂板和兩幫的圍巖控制效果非常好；整體來講，巷道的變形量僅為180 mm，小于200 mm 的要求，說明此次支護方案可行且合理。

4 結論

1）當工作面煤層開采時所承受的沖擊性傾向明顯時應采用O 型棚進行支護，并沿著巷道頂部進行掘進開采；當工作面煤層開采時所承受的沖擊性傾向不太明顯時應采用外扎腿U 型棚進行支護，并沿著巷道煤層中部進行掘進開采；當所屬區(qū)域煤層厚度較大且其所承受的沖擊性傾向不明顯或者無沖擊性傾向時應采用微拱工字鋼對巷道進行支護，并沿著巷道煤層底板進行掘進。

2）以U 型棚支護方案為例對其支護效果進行觀測，表明對11011 回采巷道采用靈活支護方案后可其頂板和兩幫的圍巖控制效果非常好；整體來講，巷道的變形量僅為180 mm，小于200 mm 的要求，說明此次支護方案可行且合理。