辛置煤礦2-1052 輔助運(yùn)輸巷支護(hù)參數(shù)優(yōu)化研究

張凱華

（霍州煤電集團(tuán)辛置煤礦，山西 霍州 031412）

動(dòng)壓巷道如何安全施工并維持穩(wěn)定，一直是煤礦安全生產(chǎn)的重要問(wèn)題之一。錨桿支護(hù)技術(shù)作為當(dāng)前煤巷的主要支護(hù)方式之一，能夠有效保證礦井安全高效生產(chǎn)[1]。但動(dòng)壓巷道的錨桿支護(hù)合理參數(shù)確定，因地質(zhì)等條件復(fù)雜多變，參數(shù)也有所差異，對(duì)此，大量學(xué)者進(jìn)行研究：康紅普等[2]結(jié)合煤巷支護(hù)理論基礎(chǔ)，對(duì)煤巷錨桿支護(hù)成套技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步研發(fā)，提出高預(yù)應(yīng)力、強(qiáng)錨固支護(hù)體系；谷拴成[3]結(jié)合矩形巷道頂板變形機(jī)理，推導(dǎo)出了保證巷道穩(wěn)定情況下拉桿預(yù)緊力的理論表達(dá)式。近年來(lái)，諸多專家學(xué)者針對(duì)煤巷支護(hù)領(lǐng)域已有多數(shù)成果出現(xiàn)，但由于開(kāi)采地質(zhì)條件復(fù)雜，生搬硬套難以適用現(xiàn)實(shí)情況，故需要結(jié)合礦井實(shí)際情況采取行而之效的支護(hù)措施。

辛置煤礦回采巷道布置采用“一面三巷”型布置方式，即一個(gè)回采工作面包含區(qū)段運(yùn)輸平巷、區(qū)段回風(fēng)平巷、輔助運(yùn)輸平巷三條順槽。其中，輔助運(yùn)輸順槽在上一工作面回采完畢后對(duì)下一工作面兼用作回風(fēng)，故輔助運(yùn)順順槽經(jīng)歷掘進(jìn)、一次采動(dòng)、二次采動(dòng)三次開(kāi)采擾動(dòng)。在二次采動(dòng)期間，巷道整體支護(hù)效果較差，煤壁片幫、巷道底鼓現(xiàn)象較為嚴(yán)重。為此，以辛置煤礦2-1052 輔助運(yùn)輸順槽為研究背景，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)分析2-1052 輔助運(yùn)輸巷礦壓規(guī)律，并采取現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的方法，對(duì)輔助運(yùn)輸順槽進(jìn)行支護(hù)參數(shù)優(yōu)化研究。

1 工程背景

2-1052 輔助運(yùn)輸順槽服務(wù)于2-1052 回采工作面，巷道布置在2#煤層中，巷道平均埋深320 m，矩形斷面。巷道凈寬4.8 m，凈高3.5 m，凈斷面積16.8 m2。2#煤層平均厚度4.2 m，平均傾角6°。基本頂為中粒砂巖，平均厚度1.7 m，直接頂為砂質(zhì)泥巖，平均厚度6.4 m，直接底為砂質(zhì)泥巖，平均厚度1.1 m，基本底為中粒砂巖，平均厚度10.6 m。

2-1052 輔助運(yùn)輸順槽原支護(hù)方式采用錨網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)，頂板每排6 根Ф 22 mm×2500 mm 左旋無(wú)縱筋螺紋鋼錨桿，間排距為900 mm×900 mm；幫部每幫5 根左旋無(wú)縱筋螺紋鋼錨桿，間排距900 mm×900 mm。每跟錨桿均采用1 卷CKB2340 樹(shù)脂藥卷進(jìn)行錨固，同時(shí)搭接金屬網(wǎng)。頂板錨索采用Ф21.6 mm×7300 mm，錨索間排距1800 mm×1800 mm，每根錨索采用2 條CKB2340 藥卷進(jìn)行錨固。2-1052 輔助運(yùn)輸順槽原始支護(hù)斷面圖如圖1 所示。

圖1 2-1052 輔助運(yùn)輸順槽原始支護(hù)斷面圖

2 巷道變形及原因分析

（1）巖體強(qiáng)度較弱。2-1052 輔助運(yùn)輸順槽布置在2#煤層中，2#煤層巖體強(qiáng)度較弱，普式系數(shù)f=1.9，屬軟弱煤層，自身承壓效果不理想，回采產(chǎn)生的采動(dòng)應(yīng)力使得巷道周圍巖體較破碎，易發(fā)生大面積變形。

（2）支護(hù)強(qiáng)度較差。2-1052 輔助運(yùn)輸順槽幫部支護(hù)采用Ф22 mm×2500 mm 左旋無(wú)縱筋螺紋鋼錨桿支護(hù)，未打錨索。分析造成巷道大幅變形的原因之一是由于巷道幫部整體圍巖較破碎，無(wú)法承受上覆巖層產(chǎn)生的力，進(jìn)而傳遞至巷道頂?shù)装?，造成巷道周圍巖體大幅破壞。

（3）重復(fù)采動(dòng)影響。2-1052 輔助運(yùn)輸順槽在使用過(guò)程中，先用作2-1052 工作面的材料運(yùn)輸及人員通行，工作面回采完畢后，繼續(xù)留作2-1053 工作面回風(fēng)。故該巷道歷經(jīng)“一掘兩采”三次開(kāi)采擾動(dòng)，尤其在二次采動(dòng)期間，巷道實(shí)際支護(hù)體已無(wú)法滿足巷道使用需求，使得巷道大面積變形。

3 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)

3.1 觀測(cè)方案確定

原支護(hù)狀態(tài)下，觀測(cè)區(qū)域選定為2-1052 輔助運(yùn)輸順槽距巷道開(kāi)口700 m處，觀測(cè)區(qū)域選定為100 m，區(qū)域范圍內(nèi)共設(shè)立2 個(gè)測(cè)站，測(cè)站間距50 m，采用錨桿測(cè)力計(jì)測(cè)力方法對(duì)錨桿受力數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，對(duì)巷道的錨桿載荷進(jìn)行觀測(cè)。2-1052 輔助運(yùn)輸巷現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)方案圖如圖2 所示。

圖2 2-1052 輔助運(yùn)輸巷現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)方案圖

3.2 觀測(cè)結(jié)果分析

對(duì)測(cè)站1、2 測(cè)力結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，如圖3 所示。監(jiān)測(cè)結(jié)果中，左幫為煤柱幫，右?guī)蜑榛夭蓭?。由圖3（a）可知，煤柱幫錨桿應(yīng)力峰值為5.6 MPa，頂板錨桿應(yīng)力峰值5.8 MPa，回采幫錨桿應(yīng)力峰值6.1 MPa。應(yīng)力峰值出現(xiàn)位置均處于距工作面24 m 處，故推測(cè)工作面超前支承壓力影響范圍為24 m 左右，且回采幫錨桿受力高于頂板錨桿與煤柱幫錨桿。分析原因是由于回采幫在臨近工作面回采，先一步受到工作面開(kāi)采擾動(dòng)，采動(dòng)應(yīng)力傳遞至回采幫后在回采幫上重新分布，進(jìn)一步傳遞至頂板及煤柱幫。由圖3（b）可知，煤柱幫錨桿應(yīng)力峰值為7.2 MPa，頂板錨桿應(yīng)力峰值為7.6 MPa，回采幫錨桿應(yīng)力峰值8.1 MPa。回采幫錨桿受力高于煤柱幫與頂板錨桿，應(yīng)力峰值出現(xiàn)位置距迎頭距離為22 m，基本與1#測(cè)站分析結(jié)果相同。

4 支護(hù)方案優(yōu)化

結(jié)合對(duì)2-1052 輔助運(yùn)輸順槽觀測(cè)結(jié)果，認(rèn)為回采幫受力最大，頂板次之，煤柱幫最小，故通過(guò)對(duì)巷道頂板及幫部進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，可以較好地達(dá)到維護(hù)巷道的目的。對(duì)比巷道原支護(hù)方案發(fā)現(xiàn)，巷道原始支護(hù)狀態(tài)下幫部未打錨索，幫部支護(hù)較差，故通過(guò)對(duì)巷道兩幫補(bǔ)打錨索進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，同時(shí)縮短錨桿間排距。確定錨桿間排距為800 mm×800 mm，頂板錨索改為Ф21.6 mm×8200 mm，每根錨索采用2 條CKb2340 和3 條Z2360 樹(shù)脂錨固劑錨固，間排距1700 mm×1600 mm，錨索每排三根；幫部錨索規(guī)格參數(shù)為Ф21.6 mm×8200 mm，錨索每排兩根，間排距1700 mm×1600 mm，同時(shí)施加減磨墊圈以提高錨桿、錨索預(yù)緊力。優(yōu)化后的支護(hù)斷面圖如圖4 所示。

圖3 測(cè)力錨桿現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果圖

圖4 優(yōu)化后的支護(hù)斷面圖

5 應(yīng)用效果

在2-1052 輔助運(yùn)輸順槽距離巷道開(kāi)口1000 m位置處建立測(cè)站1 處，監(jiān)測(cè)巷道表面位移變化情況。監(jiān)測(cè)方法仍采用“十字”布點(diǎn)法進(jìn)行監(jiān)測(cè)，統(tǒng)計(jì)距迎頭一定距離范圍內(nèi)巷道變形情況如圖5 所示。由圖5 可知，工作面最大頂板下沉量為28 mm，最大兩幫移進(jìn)量為25 mm，最大底鼓量為15 mm。與原支護(hù)相比，無(wú)論頂板、兩幫、底板變形情況均得到了有效控制。

圖5 巷道變形情況