回采巷道支護參數確定方法及應用

毛加寧

(云南能源職業技術學院，云南 曲靖 655001)

回采巷道開挖后，煤體的原有應力平衡受到破壞，巷道圍巖重新分布，巷道周邊一定范圍內，出現應力集中現象。當其應力大于煤體的極限應力時，巷道周邊一定范圍煤體會發生變形破壞，應力會得到解放，圍巖將破碎并產生裂隙，從而形成松動圈。松動范圍的大小，除受圍巖強度、應力大小、巷道斷面形成、斷面大小等多種因素影響外，還與支護方式、支護參數等有很大的關系。因此，巷道圍巖松動圈的大小，是確定巷道支護強度的重要依據，為巷道支護參數的設計提供了科學依據。

1 工程概況

云南興云煤礦八采區8303工作面回采順槽巷道屬煤層巷道，煤層厚度7.6 ～ 8 m，平均厚度7.8 m，煤層成黑色塊狀結構，玻璃光澤，內生裂隙發育。通過鉆孔取芯研究表明，煤層抗壓強度為8.5 MPa，抗拉強度0.5 MPa，彈性模量為1300 MPa，說明該采區內的煤層屬于偏軟煤層。巷道斷面按照矩形設計，寬4.5 m，高2.5 m，沿底板掘進。煤層的直接頂為砂質泥巖，平均厚度為1.66 m；老頂為砂質頁巖，平均厚度為5.0 m；底板為砂質泥巖，平均厚度為1.5 m；以下是砂質頁巖，厚度為2.2m。煤層中含有夾矸1層，平均厚度為0.3 m。由于煤層埋深較淺，而且頂板基巖較薄，平均僅為17.8 m，以上均為表土層結構，決定了該礦八采區回采巷道屬于較難維護巷道。為了確定合理的支護參數，決定采用圍巖松動圈支護理論來指導現場支護設計。

2 松動圈的測試

2.1 測孔的布置

圍巖松動圈測試選在8303工作面回風巷道進行，采用巷道圍巖(巷幫和頂板)打鉆孔的手段，應用中國礦業大學生產的超聲波無損檢測分析儀完成實測工作。鉆孔的測試深度最大為5.6 m。檢測巷道斷面的鉆孔布置如圖1、圖2所示，AJHJ、BJHJ鉆孔為幫孔，CJHJ、DJHJ為拐角處45°斜孔，EJHJ為頂板垂直孔，深度均為5.6m。

圖1 巷道松動圈測試站布置

圖2 檢測鉆孔布置圖

2.2 測試結果分析

根據三個測站回采巷道圍巖松動圈的超聲波測試數據，對其特征進行分析，得出結論如下：

AJHJ、BJHJ鉆孔的速度分布圖特征為：距頂板0.4～0.6m范圍圍巖有松動，波速僅為1578m/s；在1.0～1.4m高度，巖層又出現離層松動，波速為1530～1566m/s；深度大于2.4m，巖石的波速為973～1305m/s，表明該范圍內(2.4～3.2m)波速最低，圍巖離層松動程度最高。

CJHJ、DJHJ鉆孔的速度分布特征是：距頂板1m以下巖層均有松動，波速為1334～1680m/s；在1.4～1.6 m高度范圍內，巖層離層松動明顯，波速為1036m/s；深度在2.8～3.2m范圍內，巖石的波速為909～1185m/s，表明該范圍內波速最低，圍巖離層松動程度最高。

EJHJ鉆孔的速度分布測試結果是：在頂板0～3.2m，即整個鉆孔深度的范圍內，圍巖波速都很低，變化在840～1495m/s，表明該孔3.2m深度范圍內的圍巖均在離層松動圈內。此孔的圍巖松動范圍測試結果，完全符合回采巷道的實際情況。之所以如此，是因為該孔距護巷煤柱最近，距未受采動影響的實體煤最遠，且受首采工作面的采動支承壓力影響最嚴重。

根據測試結果，可得到如下認識：巷幫的松動范圍1～1.2m，平均1.1m；拐角處斜孔的松動范圍0.4～1.6m，平均為1.0m；頂板巖層松動范圍3.2m，離層松動發育程度和規模最大，在整個鉆孔深度上均有松動現象。斷面總體松動范圍為1.77m。

3 巷道支護參數的選擇

以松動圈測試結果為依據，按照松動圈支護理論并結合工程類比，對巷道支護參數進行優化設計，最終確定采用錨帶索聯合支護。錨桿及錨索布置如圖3所示。確定相關參數如下：

(1)巷道頂板采用6套等強預拉力螺紋鋼錨桿(靠近低幫的兩套錨桿同兩幫錨桿)加4.2m長M4型鋼帶、菱形金屬網聯合支護，錨桿規格為M22-Φ20×2400mm(配鍛打螺母)。采用加長錨固方式，每套錨桿采用兩節Z2550型中速樹脂藥卷加長錨固；錨桿間距800mm，排距900mm。錨桿預緊力不小于50kN，錨固力不低于120kN。

(2)巷道高幫采用4套等強預拉力螺紋鋼錨桿加2.8m長M3型鋼帶、菱形金屬網聯合支護，錨桿規格為M22-Φ20×2200mm。采用加長錨固方式，每套錨桿采用兩節Z2550型中速樹脂藥卷加長錨固；錨桿間距為850mm，排距為900mm。錨桿預緊力不小于40kN，錨固力不低于80kN。

(3)巷道低幫采用3套等強預拉力螺紋鋼錨桿加2.0m長M3型鋼帶、菱形金屬網聯合支護，錨桿規格為M22-Φ20×2200mm。采用加長錨固方式，每套錨桿采用兩節Z2550型中速樹脂藥卷加長錨固；錨桿間距為900mm，排距為900mm。錨桿預緊力不小于40kN，錨固力不低于80kN。

圖3 回采巷道錨桿、錨索布置圖

(4)在頂板每隔1.8m布置一套單錨索支護系統，沿頂板中線布置錨索鉆孔，眼孔深度6.0m，

錨索與頂板垂直，鋼絞線規格為Φ17.8m×6.3m。每孔采用一節K2550快速樹脂藥卷和三節Z2550中速樹脂藥卷加長錨固，以保證錨固效果；預緊力80kN以上，幫、頂錨桿預緊扭矩不低于150N·m，采用MQS-90J2氣扳機二次加扭。

4 巷道支護效果分析

2009年6月采用新設計的支護參數，對8303工作面回采巷道實施支護，取得了良好的支護效果。截至目前，巷道基本沒有發生變形破壞，實測巷道的兩幫、頂底板收斂分別為95 mm和82 mm，頂板最大沉降速率為 9 mm/d，最小沉降速率為0.5 mm/d，兩幫的最小移近速率為0.8 mm/d，完全滿足安全生產要求。

5 結 論

(1)運用松動圈測試儀對該礦8303工作面回采巷道的松動圈在1.8～2.6m，掌握了采動影響下松動圈的發展范圍，為巷道支護參數的確定提供了可靠依據，取得了理想的效果，值得推廣應用。

(2)圍巖松動圈的測試結果，是運用圍巖松動圈支護理論提出支護設計參數的依據。因此，測試儀器、測站布置、測孔的大小以及水的耦合效果，都至關重要。

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