沿空留巷支護效果考察

林恩軍

(山西汾西礦業(yè)集團柳灣煤礦，山西 孝義 032300)

為了維護沿空巷道的穩(wěn)定，以1306沿空巷道為研究對象，淺析了巷道支護方式，通過現(xiàn)場觀測確定支護效果。觀測結果表明，巷道掘進及工作面回采期間巷道支護均能維護其穩(wěn)定，達到設計要求。

沿空留巷；巷道支護；效果考察

1 工程概況

1306軌道順槽位于-660 m水平，屬于一采區(qū)，地面標高+46.38 m～+50.34 m，井下標高在-516.5 m～576.4 m。1306軌道順槽對應的地面相對位置：位于津浦鐵路以東，大中村以西，程家莊以南，地面無建筑物。1306軌道順槽位于一采區(qū)上部，一采回風上山以東，地面無重要建筑物，掘進對地面無影響，南鄰1305工作面，北鄰1306工作面。1306軌道順槽東段長度約1 650 m。

1306軌道順槽東段沿3煤底板掘進。3煤以暗煤為主，夾鏡煤條帶，內生裂隙發(fā)育，結構較復雜。3煤發(fā)育2層夾矸：一層在煤層底板之上5.50 m～5.80 m處，為一層厚0.02 m～0.03 m的粉砂質泥巖夾矸；另一層在底板之上2.90 m～3.90 m處，為厚0.30 m～0.50 m的粉砂巖或泥巖夾矸，西厚東薄。3下煤平均厚度為1.1 m，3上煤與3下煤的夾矸平均厚0.4 m，3煤厚度8.20 m～9.45 m，平均煤厚9.0 m，煤層普氏系數(shù)f=2～3，煤層沉積穩(wěn)定，厚度變化較小。3煤直接底為粉砂巖，厚度為1.00 m～2.65 m，普氏系數(shù)f=4～6；3煤直接頂為粉砂巖，厚度為0 m～11.64 m，普氏系數(shù)f=4～5；3煤老頂為中、細砂巖，厚度14.35 m～23.34 m，普氏系數(shù)f=5～7。

2 巷道支護參數(shù)

2.1 巷道斷面

由于巷道前期支護效果不理想，隨后對巷道支護參數(shù)進行優(yōu)化，本文主要對優(yōu)化后的支護方案進行考察。以下主要對現(xiàn)在巷道支護參數(shù)進行介紹。

實際生產中，1306沿空順槽東段小煤柱寬度約為4 m。巷道斷面為梯形，上底凈寬4.8 m，下底凈寬5.0 m，巷道頂板沿3上煤與3下煤夾矸上平面掘進，凈高度不低于3.8 m。當3下煤及夾矸厚度小于3.8 m時，破3上煤，沿3下煤底板掘進，巷道高度不低于3.8 m；當3下煤及夾矸厚度為3.8 m～4.5 m時，沿夾矸上平面和3下煤底板掘進；當3下煤及夾矸厚度大于4.5 m時，底板留底煤控制巷道高度3.8 m[1-2]。圖1為1306工作面回采巷道位置關系示意圖。

圖1 1306工作面回采巷道位置關系示意圖

2.2 巷道支護參數(shù)

1306軌道順槽東段采用錨網帶與錨索聯(lián)合支護方式。具體支護參數(shù)如下：

1) 頂板支護

每排布置7根φ22 mm×2 400 mm的左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，錨桿間距排為750 mm×800 mm。鋼帶兩端頭錨桿與水平成75°夾角斜向上安設，其他頂錨桿垂直頂板安設。距巷中左右750 mm各布置1根錨索，錨索排距1 600 mm。巷道頂部使用長4 800 mm的梯型鋼帶，掛設50 mm×50 mm的金屬菱形網[3]。

2) 實體煤幫支護

每排布置5根φ20 mm×2 000 mm的全螺紋鋼錨桿，兩幫第1根與第5根錨桿與水平成15°～25°安設，第2根至第4根錨桿垂直煤壁安設，間距800 mm；在實體煤幫布置2根φ22 mm×8 500 mm的長錨索，上部錨索位于項部錨桿下方500 mm，按照15°～25°仰角施工，錨索安裝應保證穿過頂板夾層；中部錨索位于實體煤幫第3根錨桿下方350 mm處，垂直煤壁方向施工，排距為1 600 mm，錨索預緊力不低于80 kN，錨固力不低于200 kN。

3) 小煤柱幫支護

小煤柱幫錨桿布置方式和實體煤幫相同。相鄰的正常支護錨桿中間分別隔排插花布置錨桿、錨索，布置方式為：在沿空幫第1根與第2根，第2根與第3根錨桿中間布置1根φ20 mm×2 000 mm傘螺紋鋼錨桿，錨桿排距為1 600 mm。沿空幫頂板向下500 mm按25°～35°仰角打注1根φ22 mm×5 000 mm錨索，在幫部中間位置垂直煤壁打注1根φ22 mm×3 500 mm錨索。

4) 超前支護

1306軌道順槽回采期間礦壓顯現(xiàn)劇烈，為控制頂板下沉，采用超前液壓支架進行超前支護。軌道順槽采用ZCZ26500/22/38型兩架一組的中置式液壓支架支護頂板，共安設5組支架，支架高度2 300 mm～4 000 mm，支護強度為0.59 MPa，超前支護距離不小于40 m。當順槽支架間的人行道寬度小于0.7 m時，需提前將順槽支架外移，并在順槽支架至機尾區(qū)域支設單體點柱進行支護。超前支護以外的區(qū)域巷道出現(xiàn)明顯變形、斷錨桿、撕裂鋼帶等現(xiàn)象時，在鋼帶下支設點柱加強支護[4]。

3 監(jiān)測結果與分析

為驗證上述支護方式及參數(shù)的支護效果，了解支護參數(shù)的合理性，在1306軌道順槽東段布置位移測點，觀測內容包括頂?shù)装逡平俊蓭鸵平俊㈨敯逑鲁亮俊⒌坠牧俊嶓w煤幫移近量和沿空幫移近量[5]。

3.1 掘進期間巷道變形

掘進期間在1306軌道順槽中布置3個測點(1號測點距巷道盡頭443.2 m、2號測點距巷道盡頭470.4 m、3號測點距巷道盡頭478.4 m)，將3個測點的監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計整理，繪制成曲線如圖2～圖4所示。

圖2 1號測點巷道表面位移隨距離變化曲線

圖3 2號測點巷道表面位移隨距離變化曲線

圖4 3號測點巷道表面位移隨距離變化曲線

分析圖2～圖4可以得到1306沿空巷道在掘進期間的變化規(guī)律，具體如下：

1) 1306沿空巷道在掘進期間隨著測點遠離掘進迎頭，巷道變形逐漸增大并最終趨于穩(wěn)定。

2) 巷道表面變形明顯的分為3個階段：急劇升高段、緩慢升高段、趨于穩(wěn)定段，其中，急劇升高段位于掘進迎頭后方70 m以內，巷道頂板的最大下沉速度達到23 mm/d，最大底鼓速度為68 mm/d，實體煤幫最大移近速度為34 mm/d，小煤柱幫最大移近速度為120 mm/d；測點在迎頭后方140 m外變

形趨于穩(wěn)定。

3) 巷道最終頂板下沉量基本穩(wěn)定在56 mm～118 mm，底鼓量穩(wěn)定在148 mm～185 mm，頂?shù)滓平糠€(wěn)定在210 mm～266 mm，實體煤幫移近量穩(wěn)定在67 mm～124 mm，小煤柱幫移近量穩(wěn)定在192 mm～273 mm，兩幫移近量穩(wěn)定在289 mm～340 mm。

4) 沿空巷道最終兩幫移近量大于頂?shù)装逡平浚∶褐鶐鸵平看笥趯嶓w煤幫移近量。

3.2 回采期間巷道變形

在1306工作面前方軌道順槽中布置3個測點：1號測點(距工作面98 m)、2號測點(距工作面102.5 m)、3號測點(距工作面108 m)。將3個測點觀測到的數(shù)據(jù)統(tǒng)計整理，繪制曲線如圖5～圖7。

圖5 1號測點巷道表面位移隨距離變化曲線

圖6 2號測點巷道表面位移隨距離變化曲線

圖7 3號測點巷道表面位移隨距離變化曲線

分析圖5～圖7可以得到，1306沿空順槽在回采期間的變化規(guī)律，具體如下：

1) 1306沿空順槽在回采期間隨著測點和工作面距離的減小，圍巖變形逐漸增大。

2) 隨著工作面和測點之間距離的減小，圍巖變形依次經過了基本穩(wěn)定段、緩慢升高段、急劇升高段3個階段，其中，基本穩(wěn)定段位于工作面前方70 m以外，急劇升高段位于工作面前方約30 m范圍內。

3) 急劇升高段頂?shù)滓平俣茸畲罂蛇_到265 mm/d，兩幫移近速度最大達到225 mm/d，巷道表面位移在接近回采工作面時達到最大，其中，頂?shù)装逡平繛?02 mm～755 mm，兩幫移近量為1 030 mm～1 096 mm。

4) 回采期間巷道礦壓顯現(xiàn)劇烈，超前變形劇烈，兩幫的移近量明顯大于頂?shù)装逡平浚夭善陂g應加強超前支護，使其滿足安全生產的需要。

4 結論

本文對1306軌道順槽東段進行了巷道支護設計、監(jiān)測，取得了良好的支護效果。

現(xiàn)場監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，沿空巷道在掘進期間圍巖變形依次經歷急劇升高段、緩慢升高段、趨于穩(wěn)定段3個階段，急劇升高段位于掘進迎頭后方70 m以內，在140 m以外變形趨于穩(wěn)定。巷道最終頂板下沉量基本穩(wěn)定在56 mm～118 mm，底鼓量穩(wěn)定在148 mm～185 mm，頂?shù)滓平糠€(wěn)定在210 mm～266 mm，實體煤幫移近量穩(wěn)定在67 mm～124 mm，小煤柱幫移近量穩(wěn)定在192 mm～273 mm，兩幫移近量穩(wěn)定在289 mm～340 mm。

回采期間，圍巖變形依次經過了基本穩(wěn)定段、緩慢升高段、急劇升高段3個階段，其中，基本穩(wěn)定段位于工作面前方70 m以外，急劇升高段位于工作面前方約30 m范圍內。巷道表面位移在接近回采工作面時達到最大，其中，頂?shù)装逡平繛?02 mm～755 mm，兩幫移近量為1 030 mm～1 096 mm。

無論是掘進期間還是同采期間，沿空巷道變形量均得到了有效控制，巷道圍巖穩(wěn)定性好，能夠滿足正常生產的需要，為綜放開采的高產高效提供了保障。

[1] 夏向陽.深部高應力軟巖巷道錨注支護數(shù)值模擬研究與應用[D].青島：山東科技大學,2003.

[2] 王琦.深部厚頂煤巷道圍巖破壞控制機理及新型支護系統(tǒng)對比研究[D].濟南：山東大學,2012.

[3] 李術才,王琦,李為騰.深部厚頂煤巷道讓壓型錨索箱梁支護系統(tǒng)現(xiàn)場試驗對比研究[J].巖石力學與工程學報,2012(4):32-34.

[4] 康紅普,王金華,林健.煤礦巷道錨桿支護應用實例分析[J].巖石力學與工程學報,2010(4):821-824.

[5] 蘇學貴,宋選民,李浩春.特厚松軟復合頂板巷道拱—梁耦合支護結構的構建及應用研究[J].巖石力學與工程學報,2014(6):89-92.