巷道承壓收斂實測分析與支護參數(shù)優(yōu)化

閆蹬杭

（黃陵礦業(yè)有限公司一號煤礦，陜西 延安 727307）

黃陵一號煤礦回采工作面的308輔運巷被視作上一個工作面的安裝準(zhǔn)備巷，該輔運巷在經(jīng)過回采作業(yè)后，巷道通常會發(fā)生嚴(yán)重底鼓，巷道中下幫部也易出現(xiàn)大幅收斂現(xiàn)象，大量的支護失效，嚴(yán)重影響后期使用。因此，要想找到更科學(xué)、更合理的巷道支護方案，必須對實際情況進(jìn)行深入分析。為此，通過深入觀測308輔運巷圍巖破壞變形情況，基于相關(guān)理論分析，確定了“錨桿、錨索4-3、3-4”+T140鋼帶托梁的聯(lián)合支護方案，實現(xiàn)了理想的支護效果。

1 工程概況

黃陵一號煤礦的308輔運巷布置在2#煤層中，位于+900m水平，總埋深為120～460m之間。2#煤內(nèi)生裂隙較多，發(fā)育較明顯。巷道頂板圍巖主要為9～12.65m的淡灰色粉砂巖，直接底為粉砂巖與薄層狀泥巖為主，相對較松軟。

2 巷道變形機理分析

對于軟巖巷道支護而言，可把巷道頂板、巷幫以及底板圍巖視作有機統(tǒng)一平衡體系，各自的破壞情況會影響到整體支護效果，任一區(qū)域出現(xiàn)變形破壞，都可能借助應(yīng)力或應(yīng)變的傳遞方式對相鄰區(qū)域造成影響。

在巷道支護作業(yè)中，自穩(wěn)隱形拱是巷道穩(wěn)定的界面，以此界面將頂部垂直應(yīng)力轉(zhuǎn)向巷道兩幫。改變巷道頂角形狀或在頂板適當(dāng)位置加裝預(yù)應(yīng)力錨桿可以降低自穩(wěn)隱形拱的高度，取得較好的支護效果。同時，巷道頂板載荷也會通過兩幫圍巖傳至兩幫底角圍巖，兩幫底角圍巖實際受力相對較大。若巷道兩幫與底角圍巖都沒有足夠的橫向支撐力，逐步擠向巷道內(nèi)部，會使巷道斷面縮小，造成巷道底板出現(xiàn)鼓起現(xiàn)象。巷道底板強度降低后，巷道的零位移點以及零應(yīng)變點都會逐步向底板深部移動，且隨巷道圍巖強度的降低，巷道底板底鼓量會越大。對此，在支護中不能單獨強調(diào)某一個部位的支護，而應(yīng)該注重支護的整體性，依靠合理的支護體系達(dá)到理想支護效果。

3 原支護方案分析

3.1 原支護方案及其支護效果

308工作面輔運巷原支護方案：頂板采用錨桿+錨索梁+塑鋼網(wǎng)聯(lián)合支護，Ф20×2100mm金屬錨桿，每孔350mm樹脂3節(jié)，托盤尺寸150×150×10mm， 間 排 距800×800mm，“六--六”矩形布置；錨索梁采用16#槽鋼加工，梁長4200mm，排距1600mm，一梁四索，采用Ф17.8×8300mm鋼絞線，錨深8000mm，每孔700mm樹脂3節(jié)；頂、幫部掛塑鋼網(wǎng)，網(wǎng)孔50×55mm。幫錨桿間排距700×1000mm，“四--四”矩形布置，每根錨桿配1塊350×200×50mm木托板。

圖1 308工作面輔運巷原巷道支護設(shè)計圖

在日?；夭善陂g，上述支護方案基本滿足需求，因受臨近工作面回采應(yīng)力的影響，巷道圍巖便出現(xiàn)嚴(yán)重破壞，錨桿的螺母以及托盤易出現(xiàn)拉裂破壞，同時壓彎錨索梁，鎖具壓脫等。

3.2 原支護方案后期圍巖破壞情況分析

3.2.1 頂板實際支護狀況分析308工作面輔運巷偽頂相對較厚，與直接頂相比更軟弱、易破碎，錨桿支護系統(tǒng)的錨固端很難達(dá)到直接頂部，這樣在支護加固系統(tǒng)缺乏足夠的強度，頂板來壓后，巷道偽頂易破碎，錨桿錨固結(jié)構(gòu)失效，錨索支護喪失有效著力點，頂板出現(xiàn)垮落、下沉現(xiàn)象。巷道局部頂板易出現(xiàn)下沉及垮落現(xiàn)象，具體如圖2所示。

圖2 308工作面輔運巷局部頂板下沉、垮落現(xiàn)象

3.2.2 幫部支護與底鼓情況分析

如圖3中所示，因308工作面輔運巷煤幫支護強度相對較弱，采用的塑鋼網(wǎng)通常很難對錨桿間煤體出現(xiàn)的位移進(jìn)行及時有效控制，且回采工作面一側(cè)支護為玻璃鋼錨桿與木托盤支護，這種支護很難應(yīng)對剪切位移，很多錨桿易出現(xiàn)破斷失效現(xiàn)象。兩幫也易出現(xiàn)嚴(yán)重破壞，特別是采煤側(cè)易出現(xiàn)幫部破碎現(xiàn)象，加之巷道底板屬于支護體系下圍巖僅有的自由面，受圍巖壓力影響底板便易出現(xiàn)底鼓變形。

圖3 308工作面輔運巷幫部與底部圍巖變形情況

綜上分析，原支護方案所用的支護材料強度偏小、頂幫支護強度偏低是引發(fā)后期巷道破壞的主要原因，一次回采壓力作用于巷道圍巖后，支護體系易出現(xiàn)破壞，引發(fā)巷道圍巖發(fā)生嚴(yán)重破壞現(xiàn)象。

4 支護方案改進(jìn)

4.1 巷道圍巖松動圈實測

在308工作面輔運巷實測了巷道松動圍巖的范圍，在此次測量中，應(yīng)用了較先進(jìn)的光學(xué)電值法，獲得了巷道圍巖松動方位實測數(shù)據(jù)，如表1所示。

表1 巷道圍巖松動方位實測數(shù)據(jù)表

數(shù)據(jù)分析可知，回采巷道松動圈主要集中在2.5～3.5m之間，原支護的錨固端正好位于松動圍巖內(nèi)，無法達(dá)到有效加固的效果。

4.2 優(yōu)化支護參數(shù)

參照實測的松動圈數(shù)據(jù)，頂板采用錨桿+錨索梁+塑鋼網(wǎng)聯(lián)合支護方案。錨桿規(guī)格：Ф20×2500mm左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，每孔350mm樹脂3節(jié)，錨桿托盤尺寸200×200×12mm，頂錨桿間排距800×800mm，“六--六”矩形布置，幫錨桿間排距700×1000mm，“四--四”矩形布置，兩幫部各增加1根長度為2.6m的T140型鋼帶；錨索梁采用T140型鋼帶，梁長4200mm，排距800mm，一梁四索，采用Ф17.8×10300mm防腐錨索，錨深10000mm，每孔700mm樹脂3節(jié)；頂、幫部掛塑鋼網(wǎng)，網(wǎng)孔50×55mm。如圖4所示。

圖4 308工作面輔運巷改進(jìn)后的支護示意圖

5 效果分析

支護方案調(diào)整后，在受到綜采工作面回采應(yīng)力影響、施工高位抽放孔影響下，該巷道圍巖破壞變形明顯減少，除了因煤體風(fēng)化產(chǎn)生的幫部少量變形和巷道底板因水浸泡產(chǎn)生的少量底鼓外，錨桿的螺母、托盤保持原支護狀態(tài)無破壞、錨索梁平直，維護工程量為支護方案調(diào)整前的1/10。