下霍煤礦2306 工作面巷道支護(hù)及其監(jiān)測(cè)研究

宋 楷

（晉能集團(tuán)長(zhǎng)治三元中能煤業(yè)有限公司生產(chǎn)技術(shù)科， 山西 長(zhǎng)治 046600）

1 工作面地質(zhì)條件分析

晉能集團(tuán)中能煤業(yè)下霍煤礦地處長(zhǎng)子縣慈林鎮(zhèn)五里莊村，井田面積40.79 km2，保有儲(chǔ)量24 028 萬t，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力240 萬t/a，當(dāng)前主要開采3 號(hào)煤層。下霍煤礦2306 大采高工作面位于井田東部，南六采區(qū)交膠帶巷東南側(cè)，屬二迭統(tǒng)山西組下部3 號(hào)煤層。2306 工作面超向長(zhǎng)1 150 m，工作面長(zhǎng)度為200 m，工作面埋深660 m，埋深較深。煤巖層總體近南北走向，呈向西傾斜的單斜構(gòu)造，煤層產(chǎn)狀260°～275°，煤層傾角為4°～9°,平均6°左右。該巷道延南北走向布置，巷道傾角為-3°～+1°，平均-1°，下山掘進(jìn)，局部有起伏。2306 工作面老頂為粗砂巖，厚度2.50～9.75 m；直接頂為炭質(zhì)、砂質(zhì)泥巖及薄煤層互層，厚度0.6～3.5 m；偽頂為炭質(zhì)泥巖，厚度0.1～0.2 m，直接底為砂質(zhì)泥巖、細(xì)砂巖，厚度0.53～1.20 m。

2 巷道支護(hù)設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)

根據(jù)下霍煤礦2306 工作面巷道開采現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果，本著因地制宜、節(jié)約成本的原則，將2306工作面巷道附近劃分成三大區(qū)域，如圖1 所示。第一為超前支護(hù)區(qū)域，該區(qū)域位于工作面煤壁往外前方30 m，第二為架后臨時(shí)支護(hù)區(qū)域，處于架后0～200 m位置，第三為成巷穩(wěn)定區(qū)域，處于架后200 m 之后位置。在對(duì)該工作面巷道進(jìn)行支護(hù)時(shí)根據(jù)三個(gè)不同區(qū)域的具體情況采取不同的支護(hù)措施[1-3]。

2.1 超前支護(hù)區(qū)支護(hù)設(shè)計(jì)

從圖1 可知，超前支護(hù)區(qū)域位置2306 工作面的前端位置，該區(qū)域長(zhǎng)度約30 m，在施工前必須進(jìn)行超前支護(hù)。采用ZQL2×3200/17.5/35 型超前液壓支架進(jìn)行支護(hù)，該支架設(shè)置有護(hù)壁板作為防護(hù)裝置，可提供臨時(shí)支護(hù)頂板的作用，維護(hù)頂板的穩(wěn)定性。

圖1 2306 工作面附近三個(gè)區(qū)域分布示意圖

2.2 架后臨時(shí)支護(hù)區(qū)域支護(hù)設(shè)計(jì)

從圖1 可知，超后臨時(shí)區(qū)域長(zhǎng)度約200 m，處于工作面采空區(qū)中段，必須做好該區(qū)域的支護(hù)設(shè)計(jì)，保障整個(gè)巷道圍巖的穩(wěn)定。因此，支護(hù)設(shè)計(jì)過程中，立柱布局的間排距為500 mm×200 mm，安裝于巷道切縫側(cè)中。在支護(hù)當(dāng)中，錨索布局采用3×3 結(jié)構(gòu)類型，行距為1 200 mm，排距1 000 mm，錨索則采用了Φ21.6 mm×9 300 mm 的恒阻大變形錨索、Φ21.6 mm×5 200 mm 的鋼絞線錨索，Φ20 mm×2 000 mm 的螺紋鋼錨索，恒阻器直徑為65 mm，恒阻值為33 t±2 t，恒阻器長(zhǎng)度為500 mm。采用鋼筋網(wǎng)加強(qiáng)支護(hù)，布置方式為1 500 mm×1 500 m，鋼筋網(wǎng)層間距0.1 m。

2.3 成巷穩(wěn)定區(qū)域支護(hù)設(shè)計(jì)

從圖1 可知，成巷穩(wěn)定區(qū)域位于工作面切眼與采空區(qū)段，長(zhǎng)度約200 m，該區(qū)域段巷道受采動(dòng)影響非常小，巷道頂板下沉量較小，同時(shí)單體支柱的壓力量也小。在支護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)可認(rèn)定該區(qū)域已處于穩(wěn)定狀態(tài)，支護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)可將巷道臨支護(hù)單體撤掉，保留采空區(qū)一側(cè)可伸縮U 型鋼進(jìn)行擋矸支護(hù)即可。

3 工作面開采區(qū)監(jiān)測(cè)方案設(shè)計(jì)

3.1 測(cè)站布置設(shè)計(jì)

針對(duì)下霍煤礦2306 工作面巷道施工實(shí)況，設(shè)計(jì)了一套PU 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)方案，主要作用是為了保證巷道安全。礦壓觀測(cè)內(nèi)容如下頁(yè)表1 所示。

3.2 頂板離層儀觀測(cè)

在開口處以及施工中在巷道中心線上每50 m打設(shè)頂板離層儀1 個(gè)，位置誤差不超過5 m，距離迎頭不超過50 m。深基點(diǎn)8 m，淺基點(diǎn)2.5 m。每50 m安裝錨索、錨桿應(yīng)力計(jì)。頂板離層儀觀測(cè)的安裝如圖2 所示，頂板離層儀安裝與巷道走向垂直，巷道掘進(jìn)施工過程中及施工完畢后，定期對(duì)離層儀進(jìn)行觀察、觀測(cè)并記錄。

表1 礦壓觀測(cè)內(nèi)容、目的及手段表

圖2 頂板離層儀安裝示意圖

3.3 錨桿（索）測(cè)力計(jì)觀測(cè)

在開口處以及施工中，在巷道每50 m 處安裝錨索、錨桿應(yīng)力計(jì)，位置誤差不超過10 m，距離迎頭不超過50 m。

3.4 錨桿（索）受力

錨桿（索）受力抽檢要求：頂板螺紋鋼錨桿抽檢時(shí)抗拔力不小于108 kN；幫部螺紋鋼錨桿抽檢時(shí)抗拔力不小于90 kN，玻璃鋼錨桿抽檢時(shí)抗拔力不小于36 kN；錨索抗拔力不小于180 kN。

3.5 錨桿（索）錨固力抽檢

巷道掘進(jìn)施工過程中安排專人，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行拉拔試驗(yàn)。對(duì)于錨桿，按每300 根隨機(jī)抽樣檢查一組（5根，頂板3 根及兩幫各1 根）；對(duì)于錨索按每100 根隨機(jī)抽樣檢查一組（5 根），合格率達(dá)到100%。（試驗(yàn)結(jié)束后對(duì)試驗(yàn)錨桿（索）做“檢”標(biāo)記）。

3.6 錨桿（索）預(yù)緊力矩檢測(cè)

錨桿（索）預(yù)緊力矩檢測(cè)要求：頂板螺紋鋼錨桿扭矩不小于250 N·m；幫部螺紋鋼錨桿扭矩不小于200 N·m，玻璃鋼錨桿扭矩不小于70 N·m。

3.7 巷道圍巖觀測(cè)點(diǎn)設(shè)置及觀測(cè)要求

掘進(jìn)巷道進(jìn)行圍巖觀測(cè)分析，巷道施工每掘進(jìn)50 m 設(shè)置一處圍巖觀測(cè)點(diǎn)，圍巖觀測(cè)點(diǎn)應(yīng)設(shè)置好觀測(cè)牌，圍巖觀測(cè)周期與離層儀觀測(cè)周期一致。如果巷道頂?shù)装逡平炕蛘邇蓭鸵平看笥?0 mm 時(shí)，必須立即停產(chǎn)并立即匯報(bào)調(diào)度室及生產(chǎn)技術(shù)部，經(jīng)過處理，在保證安全的前提下方可繼續(xù)生產(chǎn)。

4 監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

對(duì)2306 工作面120 m 和240 m 兩組測(cè)站巷道表面位移監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析，其現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)曲線如圖3 和圖4 所示。

圖3 2306 工作面巷道120 m 處位移曲線圖

圖4 2306 工作面巷道240 m 處位移曲線圖

從圖3 和圖4 數(shù)據(jù)可知，該巷道頂?shù)装遄畲笠平繛?80 mm，兩幫最大位移量為140 mm，巷道變形量相對(duì)較小，支護(hù)方案合理，能有效控制巷道圍巖的變形量，支護(hù)效果理想。從頂板離層儀監(jiān)測(cè)結(jié)果可知，離層值大部分監(jiān)測(cè)結(jié)果為0，少部分離層值為1～5 mm。

從巷道表面危機(jī)監(jiān)測(cè)結(jié)和頂班離層監(jiān)測(cè)結(jié)果可知，下霍煤礦2306 工作面巷道支護(hù)方案合理可行，巷道圍巖變形量較小，能有效控制圍巖的穩(wěn)定性[4-6]。