掘進巷道圍巖壓力實測及支護設(shè)計優(yōu)化研究

張宏偉

【摘 要】 本文以官地礦掘進巷道12609正巷工作面的實際情況為工程背景，通過現(xiàn)場實測的方法，實測了巷道圍巖松動圈范圍、巷道變形量和巷道錨桿受力，并對巷道原支護方式進行優(yōu)化，得到如下結(jié)論：巷道圍巖松動圈范圍為1.56～1.63m;巷道變形大致分為三個時期，即圍巖變形增加期、圍巖變形平緩期和圍巖變形穩(wěn)定期，最終兩幫與頂?shù)装逡平糠謩e為110mm和80mm;頂部錨桿、左幫和右?guī)湾^桿受到的平均載荷分別為98kN、48kN、55kN;優(yōu)化后的支護方案為錨網(wǎng)索聯(lián)合支護，同時增加了頂部錨桿的數(shù)量，在12609正巷工作面后半段的施工過程中，巷道圍巖變形得到明顯改善。

【關(guān)鍵詞】 掘進巷道;現(xiàn)場實測;支護優(yōu)化

【中圖分類號】 TD322;TD353 【文獻標(biāo)識碼】 A

【文章編號】 2096-4102（2019）05-0005-03

煤礦巷道掘進作為煤炭資源開采的重要準備工作，是實現(xiàn)煤炭資源開采的重要過程。在工作面回采巷道的掘進過程中，巷道的穩(wěn)定性及其支護形式直接關(guān)系到煤炭資源的安全高效開采。巷道的有效支護形式，不僅能夠提高煤炭資源的生產(chǎn)效率，而且能夠減少煤炭資源生產(chǎn)的噸煤成本，提高礦井經(jīng)濟效益。本文以山西官地礦12609正巷工作面的掘進過程為背景，通過對12609正巷工作面掘進過程中的巷道圍巖變形進行實測，對巷道的支護方案進行優(yōu)化，使得巷道的圍巖變形明顯減小，為該礦其他工作面的回采巷道掘進起到一定的借鑒作用。

1工程概況

官地礦12609正巷工作面沿2#煤層掘進，煤層的平均厚度為3.23m，煤層平均傾角為2°，煤層頂?shù)装鍘r性情況如圖1所示。煤層的直接頂巖層為砂質(zhì)泥巖、直接底巖層為泥巖，而煤層的基本頂與基本底巖層均為中粗砂巖。

2掘進巷道圍巖應(yīng)力實測

2.1測試儀器及測試方法

掘進巷道現(xiàn)場測試的主要儀器包括：鉆孔窺視儀、巷道表面位移監(jiān)測計、巷道錨桿測量計。鉆孔窺視儀器能夠?qū)?2609正巷工作面的圍巖松動圈范圍進行觀測，為巷道支護設(shè)計的優(yōu)化提供依據(jù)。巷道表面位移監(jiān)測計則能夠?qū)?2609正巷工作面在掘進過程中的巷道變形量進行監(jiān)測，可以直觀地了解巷道掘進過程對巷道變形量的影響，進而作為巷道支護設(shè)計的優(yōu)化前后支護效果的評價指標(biāo)。巷道錨桿測量計能夠?qū)ο锏理敯寮跋锏纼蓭偷腻^桿受力進行監(jiān)測，通過對巷道錨桿的受力數(shù)據(jù)進行監(jiān)測和整理，可以更加直觀地了解到巷道頂板及巷道兩幫錨桿是否對巷道圍巖支護起到了重要作用，同時能夠?qū)χёo失效的錨桿進行及時排查

2.2巷道圍巖松動圈監(jiān)測

巷道頂板在鉆孔窺視探頭到達1.82m時，巷道頂板巖層出現(xiàn)明顯的離層，而離層的出現(xiàn)也是出現(xiàn)在巖層交界面附近，當(dāng)窺視鉆頭再往里伸入，在巷道頂板基本頂巖層中未出現(xiàn)明顯的頂板離層。在巷道左幫中，當(dāng)窺視鉆頭伸入到巷幫深部的1.56m時，巷幫煤體中發(fā)生大面積破壞，煤體中的裂隙極其發(fā)育;當(dāng)窺視鉆頭再往里伸入時，巷幫中煤體的裂隙明顯減少，煤體的整體性保持完好。在巷道右?guī)椭?，?dāng)窺視鉆頭深入到巷幫深部的1.63m時，巷幫中煤體的破壞程度較大，煤體中的裂隙較為發(fā)育，但較左幫煤體的破壞較為緩和;同樣，當(dāng)窺視鉆頭再往里逐漸伸入時，巷幫中煤體的破壞程度逐漸變小。巷道圍巖松動圈范圍如表1所示，巷道圍巖大松動圈范圍為1.56～1.63m。

2.3巷道表面位移監(jiān)測

12609正巷工作面的巷道兩幫和頂?shù)装逡平勘O(jiān)測結(jié)果如圖2所示。

由圖2可知，隨著12609正巷工作面的不斷掘進，巷道的表面移近量逐漸增大。12609正巷工作面在掘進過程中的巷道圍巖性大致可以分為以下三個階段：

第一階段：圍巖變形增加期。在掘進工作面推進0m～30m過程中，兩幫移近量與頂?shù)装逡平糠謩e增加到85mm和65mm，巷道圍巖的變形量明顯發(fā)生增大，軌道順槽的圍巖活動較為劇烈，在此期間，掘進工作面的不斷推進，軌道順槽周圍處于原巖應(yīng)力狀態(tài)的巖石，由于受到巷道開挖的影響，應(yīng)力發(fā)生重新分布進而達到新的平衡，因此巷道圍巖的變形量會出現(xiàn)劇烈的變化。

第二階段：圍巖變形平緩期。在掘進工作面推進30m～60m過程性，兩幫移近量和頂?shù)装逡平客瑯影l(fā)生增大，巷道變形量在此階段內(nèi)的增大范圍較圍巖變形增加期較小，變形量值分別由85mm和65mm增加到108mm和74mm，巷道圍巖的應(yīng)力分布逐漸達到新的平衡，巷道圍巖的變形也逐漸緩和，基本達到12609正巷工作面變形的最大值。

第三階段：圍巖變形穩(wěn)定期。在掘進工作面推進到60m～100m過程中，兩幫移近量和頂?shù)装逡平堪l(fā)生微小增加，巷道變形量較在此階段內(nèi)變化范圍最小，12609正巷工作面的兩幫移近量與頂?shù)装逡平糠謩e為110mm和80mm。在此期間，12609正巷工作面圍巖應(yīng)力的重新分布達到平衡，巷道由于受到掘進影響的變形達到穩(wěn)定。

2.3錨桿受力監(jiān)測

12609正巷工作面的頂部和幫部錨桿受力監(jiān)測結(jié)果如圖3所示。

由圖3可知，在12609正巷工作面中頂部錨桿受到平均載荷大于巷道幫部受到的平均載荷，且巷道左幫錨桿受到的平均載荷小于巷道右?guī)褪艿降钠骄d荷。同樣巷道錨桿的受力會受到掘進過程的影響。在錨桿剛安裝在巷道頂部及幫部并施加一定的預(yù)應(yīng)力在幫部和幫部錨桿一段時間后，巷道頂板及幫部就會出現(xiàn)明顯變化。當(dāng)掘進工作面超前錨桿測點在40m時，在這期間錨桿受到的載荷變化較為劇烈，巷道頂部受到的載荷增加到75kN，巷道左幫錨桿受到的載荷增加到29kN，巷道右?guī)湾^桿受到的載荷則增加到32kN。當(dāng)掘進工作面超前錨桿在40m～100m時，巷道頂部及幫部錨桿受到的載荷變化較為緩和，頂部錨桿受力由75kN增加到98kN，巷道左幫錨桿受到的載荷由29kN增加到48kN，巷道右?guī)湾^桿受到的載荷由32kN增加到55kN。

3掘進巷道支護設(shè)計優(yōu)化

通過對12609正巷工作面掘進巷道進行測量，可知巷道圍巖松動圈范圍、巷道兩幫和頂?shù)装逡平枯^大，當(dāng)12609綜采工作面準備完成之后，由于巷道已經(jīng)發(fā)生了嚴重的變形，故無法實現(xiàn)12609綜采工作面正常回采，另外由于巷道頂部錨桿受到的載荷大于錨桿錨固力，因此巷道原來的支護方案存在嚴重的不合理性，因此有必要對12609正巷工作面的支護方案進行進一步優(yōu)化，以實現(xiàn)12609綜采工作面的正?；夭?。

3.1巷道原支護方案

12609正巷工作面掘進巷道高度×寬度=3200mm×4000mm，為矩形巷道，巷道原支護方式采用錨網(wǎng)聯(lián)合支護，即巷道頂部和幫部分別布置有3根錨桿，間距1500mm。巷道原支護示意圖如圖4（a）所示。

3.2支護設(shè)計優(yōu)化

原先巷道的支護形式為錨網(wǎng)支護，優(yōu)化后的支護方案為錨網(wǎng)索聯(lián)合支護。在12609正巷工作面頂部均勻追打2根錨索，錨索的長度為8000mm，使其直接錨固在煤層上覆基本頂硬質(zhì)巖層中，進而實現(xiàn)對正巷的有效支護，另外將頂部錨桿的數(shù)量從3根增加到4根，優(yōu)化后的12609正巷工作面的支護方案如圖4（b）所示。

通過對12609正巷工作面的原支護方案進行優(yōu)化，將優(yōu)化后的支護方案應(yīng)用在該礦中，巷道圍巖變形大的情況得到好轉(zhuǎn)，12609正巷工作面后半段的支護情況得到明顯改善（如圖5）。

4結(jié)論

針對官地礦12609正巷工作面的實際情況，通過現(xiàn)場實測的方法，對12609正巷工作面的巷道圍巖松動圈范圍、巷道圍巖變形量和巷道錨桿受力進行實測，并對巷道原支護方式進行優(yōu)化，主要得到如下結(jié)論：

（1）實測得到巷道圍巖松動圈范圍為1.56～1.63m;巷道變形大致分為三個時期，即圍巖變形增加期、圍巖變形平緩期和圍巖變形穩(wěn)定期，最終12609正巷工作面兩幫與頂?shù)装逡平糠謩e為110mm和80mm;頂部錨桿、左幫和右?guī)湾^桿受到的平均載荷分別為98kN、48kN、55kN。

（2）由于在原巷道支護設(shè)計下，巷道圍巖松動圈范圍和變形量均較大，且巷道頂部錨桿受到的平均載荷大于錨固力，因此優(yōu)化后的巷道支護形式為錨網(wǎng)索聯(lián)合支護，同時增加了頂部錨桿的數(shù)量。

【參考文獻】

[1]王平.煤礦掘進巷道錨桿支護技術(shù)[J].中國石油和化工標(biāo)準與質(zhì)量，2019，39（13）：227-228.

[2]楊玉龍，王波.煤礦巷道掘進的影響因素及應(yīng)對措施研究[J].資源信息與工程，2018，33（6）：63-64.

[3]張欣.巷道支護技術(shù)在煤礦井下掘進中的應(yīng)用[J].山西能源學(xué)院學(xué)報，2018，31（1）：23-25.

[4]張寧星，楊小明.煤礦掘進巷道的頂板管理研究[J].山西能源學(xué)院學(xué)報，2018，31（1）：26-27.

[5]冉星仕.淺埋大采高綜采巷道礦壓顯現(xiàn)規(guī)律實測與分析[J].煤礦開采，2018，23（5）：100-102，122.

[6]申凱.薄煤層綜采工作面回采巷道礦壓顯現(xiàn)規(guī)律[J].煤礦安全，2018，49（7）：198-200，204.

[7]孔令超.基于礦壓監(jiān)測點優(yōu)化布置的巷道圍巖穩(wěn)定性研究[J].機械管理開發(fā)，2018，33（5）：76-77，80.