厚煤層運輸順槽支護設計流程研究

冷大偉

（山西省晉能集團長治有限公司三元中能煤業， 山西 長治 046605）

引言

在我國，將井工開采的煤厚超過3.5m的煤層劃分為厚煤層，其年產量占原煤總產量的45%左右[1-3]。厚煤層中開掘的運輸順槽通常為滿足大采高工作面回采時的落煤、運煤、管線敷設等基本要求需穩定性控制[4]，本文將以某礦2306工作面運輸順槽為背景，開展相應的支護流程設計，以期為類似條件錨網索支護提供借鑒與參考。

1 地質工程條件

某礦2306運輸順槽四周均為實體煤，設計總長2741.661m，地面標高+938～+956m，工作面標高+425～+498m，巷道平均埋深500m以上。2306運輸順槽沿3號煤層頂板采用型號為EBM-340的掘錨機，斷面是矩形的，掘進斷面5.6m×3.7m。3號煤屬特低硫、高熱值-特高熱值、較高軟化之貧煤、貧瘦煤，煤層平均厚度5.49m。其四鄰關系如圖1所示。

圖1 2306運輸順槽四鄰采動關系

2 支護設計流程

2.1 地質力學參數測試

在礦井巷道內進行了三個測點的地應力、圍巖強度與圍巖結構測試，目的是對中能煤業研究區域巷道圍巖地質力學參數進行詳細了解，為合理確定巷道支護參數奠定基礎。測試采用水壓致裂法進行地應力測量，采用鉆孔觸探法進行頂板以上10 m范圍內和對應的煤幫10m范圍內的煤巖體強度測試，采用孔壁觀察法進行頂板巖層分布情況和結構觀測。

第二測點在二采區南翼皮帶巷內，距2306運輸順槽較近，如圖2所示，測試獲得最大主應力大小為12.94MPa、方向水平，北偏東 25.7°（N25.7°E），最小主應力值為6.67MPa，方向水平，中間主應力為垂直應力，11.31MPa，整體屬于中等應力值區域，因最大水平應力與垂直應力的比值1.14，區域應力場以水平構造應力場為主。

圖2 地應力場測試布置

第二測點巖性描述如下頁圖3所示，頂板0～2.2m為泥質砂巖，平均強度46.18MPa；2.2～4.0m為細砂巖，平均強度56.82MPa；4.0～5.3m為泥質砂巖，平均強度48.44MPa；5.3～10.0m為泥巖，平均強度 33.25MPa。

從測試結果看，3號煤層頂板10m范圍內巖性主要為泥質砂巖、砂巖和泥巖，有利于錨桿支護。煤幫強度測試結果表明，3號煤多數集中在10～15MPa，平均值為13.85MPa，煤體中硬，完整性相對較好，煤幫淺部受掘進影響產生塑形破壞，導致觸點強度值偏低。

2.2 錨固力測試

對錨桿和樹脂錨固的支護效果進行拉拔試驗，分別在頂板和兩幫設計錨固深度上進行，共3組。根據目前頂板及煤體強度，初步確定直徑22mm錨桿錨固力為127 kN，現場測試后再根據測試結果調整。

2.3 錨網索支護參數選定

在地質力學參數測試基礎上，結合數值模擬、冒落拱理論分析等確定錨網索支護參數如表1所示。

圖3 第二測點頂板巖體強度測試結果表

2.4 支護效果評價

礦壓監測是動態信息設計方法的核心內容之一。通過測試表面位移、離層及錨桿索受力，巷道破壞狀況統計等結果。

3 結論

通過厚煤層運輸順槽的地質工程條件分析、地質力學測試、錨固力測試、支護參數擬定及效果評價成套支護設計流程，評估結果顯示該礦2306工作面順槽支護達到了較好的支護效果，可見該支護設計方案為類似條件巷道支護設計提供有效借鑒與參考。

表1 2306運輸順槽支護材料清單