何雷雷

（山西高平科興云泉煤業(yè)有限公司，山西 高平 048400）

云泉煤業(yè)15102 運(yùn)輸順槽過(guò)斷層時(shí)原支護(hù)方案不能有效控制巷道圍巖變形，巷道頂?shù)装寮皟蓭蛧鷰r破碎、支護(hù)困難。為解決巷道圍巖變形量，提出過(guò)斷層時(shí)采用長(zhǎng)短錨索組合優(yōu)化支護(hù)方案[1-4]。全錨索的支護(hù)形式在過(guò)斷層巷道中的有效應(yīng)用，能夠確保煤礦巷道過(guò)斷層圍巖穩(wěn)定性[5-7]，創(chuàng)造安全的作業(yè)條件。

1 概況

山西高平科興云泉煤業(yè)有限公司開(kāi)采的15 號(hào)煤層傾角為2°～7°，厚度為2.03～3.86 m，平均3.22 m，煤層結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單。15102 綜采工作面南鄰15 號(hào)回風(fēng)大巷，北鄰實(shí)體煤，西鄰15116 運(yùn)輸順槽，東鄰實(shí)體煤。15102 工作面煤層頂板為厚6.33～12.89 m的石灰?guī)r，抗壓強(qiáng)度為54.60～60.57 MPa，底板為厚1.86～3.93 m 的泥巖，抗壓強(qiáng)度9.36～13.00 MPa。

15102 工作面運(yùn)輸順槽設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為1600 m，沿著15 號(hào)煤煤層頂板掘進(jìn)，掘?qū)?000 mm、高3100 mm。掘進(jìn)至1415 m 時(shí)揭露落差1.2 m 的F4 斷層，掘進(jìn)至1505 m 時(shí)揭露落差1.9 m 的F2 斷層。運(yùn)輸順槽在F4、F2 斷層區(qū)域的圍巖破碎，巷道變形嚴(yán)重，支護(hù)困難。

2 巷道原支護(hù)方案及圍巖變形破壞特征

2.1 巷道原支護(hù)方案

1）頂板支護(hù)。巷道頂板錨索采用規(guī)格為Φ17.8 mm×6000 mm 鋼絞線錨索，每排2 根布置，距巷幫1500 mm，間排距2000 mm×2400 mm，預(yù)緊力≥ 210 kN，配套托盤(pán)及錨固劑；錨桿采用規(guī)格為Φ22 mm×2400 mm 的MG500 高強(qiáng)度螺紋鋼錨桿，間排距為1000 mm×1200 mm，邊錨桿距巷幫500 mm，向巷幫側(cè)傾斜10°布置，每排布置5 根頂板錨桿。

2）兩幫支護(hù)。巷道兩幫每排布置4 根錨桿，規(guī)格為Φ22 mm×2000 mm 的MG500 高強(qiáng)度螺紋鋼錨桿，間排距900 mm×1200 mm，上部錨桿距頂板150 mm，向上傾斜10°，下部錨桿距底板250 mm，與巷幫垂直，錨桿的扭矩為200 N·m。

2.2 原支護(hù)暴露問(wèn)題分析

在揭露斷層前原支護(hù)圍巖控制效果良好，但當(dāng)15102 工作面運(yùn)輸順槽揭露F4 和F2 斷層時(shí)，巷道圍巖出現(xiàn)破壞，主要破壞特征如下：

1）巷道頂板圍巖出現(xiàn)應(yīng)力集中顯現(xiàn)，局部區(qū)域破碎，頂板中部有明顯下沉，個(gè)別錨桿、錨索被剪斷，金屬網(wǎng)也被破壞，最大變形量為720 mm。

2）巷道兩幫出現(xiàn)收斂變形，在揭露斷層的第一周，巷道圍巖變形速度明顯增快，最大移近速率可達(dá)55 mm/d，最大變形量為650 mm，局部夾有較薄煤層，已出現(xiàn)局部片幫現(xiàn)象。

3）巷道底板因淋水后圍巖軟弱，底板中部變形破壞明顯，出現(xiàn)底鼓，向兩幫側(cè)開(kāi)始擴(kuò)展，最大變形量為560 mm。

3 斷層帶長(zhǎng)短錨索優(yōu)化支護(hù)方案

F4、F2 斷層帶優(yōu)化后的設(shè)計(jì)采用長(zhǎng)短錨索組合支護(hù)方案。頂板采用6 m、3.5 m 兩種錨索，配套使用鋼帶組合進(jìn)行支護(hù)；幫部采用3.5 m 短錨索支護(hù)，如圖1、圖2。支護(hù)參數(shù)如下：

圖1 過(guò)斷層長(zhǎng)短錨索支護(hù)斷面圖（mm）

圖2 過(guò)斷層長(zhǎng)短錨索支護(hù)平面圖（mm）

1）頂板支護(hù)。頂板長(zhǎng)錨索采用規(guī)格為Φ17.8 mm×6000 mm 鋼絞線錨索，間排距2000 mm×1200 mm，每排為“212”布置，配套使用托盤(pán)及錨固劑，張拉預(yù)緊力≥ 300 kN；短錨索每排布置5 根，規(guī)格為Φ15.24 mm×3500 mm 鋼絞線錨索，間排距1000 mm×1200 mm，配套使用托盤(pán)及錨固劑，錨固力≥110 kN，單根短錨索預(yù)應(yīng)力不小于120 kN。頂部短錨索搭配鋼帶規(guī)格為長(zhǎng)4900 mm、寬80 mm、厚35 mm，孔間距1000 mm。頂板網(wǎng)片為Φ6 mm 的鋼筋焊接，規(guī)格為2800 mm×1400 mm，網(wǎng)孔大小為100 mm×100 mm。

2）兩幫支護(hù)。巷道兩幫每排布置4 根短錨索，規(guī)格為Φ15.24 mm×3500 mm 鋼絞線錨索，間排距900 mm×1200 mm，配套使用托盤(pán)及錨固劑，張拉預(yù)緊力≥ 250 kN，錨固力≥110 kN，單根短錨索預(yù)應(yīng)力不小于120 kN。兩幫搭配幫鋼帶規(guī)格為長(zhǎng)2900 mm、寬80 mm、厚35 mm，孔間距為900 mm。兩幫網(wǎng)片采用12#鐵絲編制而成的菱形網(wǎng)，規(guī)格為3000 mm×1400 mm，網(wǎng)格大小為50 mm×50 mm。

4 支護(hù)效果

為檢驗(yàn)在15102 工作面運(yùn)輸順槽過(guò)F4 和F2 斷層帶時(shí)長(zhǎng)短錨索組合優(yōu)化支護(hù)方案后的支護(hù)效果，在1450 m 和1550 m 各布置1 個(gè)測(cè)點(diǎn)來(lái)監(jiān)測(cè)巷道圍巖頂板下沉、底板底鼓和兩幫收縮位移量。2 個(gè)測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)周期都為60 d，監(jiān)測(cè)頻率為5 d/次。圖3 為測(cè)點(diǎn)1 和測(cè)點(diǎn)2 巷道表面位移監(jiān)測(cè)結(jié)果。

圖3 巷道表面位移監(jiān)測(cè)結(jié)果

根據(jù)圖3 可知，兩測(cè)點(diǎn)圍巖頂板下沉、底板底鼓和兩幫收縮量總體變化趨勢(shì)基本保持一致。測(cè)點(diǎn)1 和測(cè)點(diǎn)2 都是在監(jiān)測(cè)前20 d 內(nèi)巷道圍巖變形速度增快，到20 d 后圍邊變形量開(kāi)始逐漸趨于穩(wěn)定，頂板最大下沉量為158 mm，底板底鼓量最大為92 mm，兩幫收縮量最大為166 mm，頂板、底板及兩幫圍巖變形量分別為原變形量的21.9%、16.4%和25.5%。

結(jié)合井下現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)的頂板離層監(jiān)測(cè)與錨索載荷監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明，運(yùn)輸順槽頂板離層量為0～1 mm，錨索載荷監(jiān)測(cè)結(jié)果如圖4。從圖4 錨索載荷監(jiān)測(cè)結(jié)果可以看出：測(cè)站1 和測(cè)站2 頂板和兩幫錨索受力趨勢(shì)為觀測(cè)前期增長(zhǎng)幅度大，觀測(cè)中期錨索受力開(kāi)始呈下降趨勢(shì)，觀測(cè)中期往后錨索受力開(kāi)始趨于穩(wěn)定并且有小幅度波動(dòng)。頂板錨索在觀測(cè)的1～6 d 內(nèi)錨索受力增長(zhǎng)速度急劇，最大300 kN，在觀測(cè)的7～12 d 內(nèi)錨索受力開(kāi)始逐漸減少，在13～29 d 內(nèi)錨索受力逐漸穩(wěn)定，錨索受力值穩(wěn)定在285 kN 且有小幅度波動(dòng)。但是，兩幫上部和下部錨索的受力值相差明顯，兩幫上部錨索最大受力值為142 kN，在觀測(cè)的12 d 后開(kāi)始逐漸趨于穩(wěn)定，兩幫上部錨索受力穩(wěn)定在120 kN；兩幫下部錨索受力變化趨勢(shì)大致和上部錨索相同，兩幫下部錨索最大受力值為310 kN，在觀測(cè)的13 d 后開(kāi)始逐漸趨于穩(wěn)定，兩幫下部錨索受力穩(wěn)定在275 kN。分析原因，由于15102工作面運(yùn)輸順槽沿15 號(hào)煤煤層頂板掘進(jìn)，巷道直接底為煤體，煤體受力后變形量遠(yuǎn)大于頂板巖層變形量，因此下部錨索受力大于上部錨索受力值。通過(guò)圖4 測(cè)站1 和測(cè)站2 數(shù)據(jù)可以看出，錨索受力穩(wěn)定且承載能力還有較大富余。由此可見(jiàn)，15102 工作面運(yùn)輸順槽采用長(zhǎng)短錨索組合優(yōu)化支護(hù)方案效果較好。

圖4 錨索受力監(jiān)測(cè)結(jié)果

5 結(jié)論

過(guò)斷層時(shí)采用長(zhǎng)短錨索組合優(yōu)化支護(hù)方案，增強(qiáng)了15102 工作面運(yùn)輸順槽巷道圍巖的整體性。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)支護(hù)效果監(jiān)測(cè)可知，頂板、底板及兩幫圍巖變形量分別為原變形量的21.9%、16.4%和25.5%。結(jié)合頂板離層儀和頂板兩幫的錨索受力值可知，優(yōu)化支護(hù)方案能夠有效控制巷道圍巖變形量，錨索受力良好且有富余，效果明顯。