大斷面動壓煤巷支護技術研究與應用

王兵兵

（陽煤集團和順新大地煤業有限公司， 山西 晉中 032700）

引言

隨著綜采工藝的發展和綜采裝備的進步，大功率、大噸位和大體積綜采設備應用而生，目前對巷道的斷面和支護要求越來越高，同時由于動壓巷道受礦壓影響，使得巷道斷面的變形和破壞一直是困擾新大地煤礦巷道掘進的難題。新大地煤礦通過巷道變形破壞機理的分析，采用高預應力錨桿+錨索支護技術，有效地解決了巷道變形大、無法滿足使用要求的難題，為其他巷道支護的設計提供了借鑒。

1 巷道基本情況

15303工作面大部分位于井玉溝以西，地表總體位于北高南低的山梁地帶，地面主要為林地及荒地。東部為15304工作面，南部為山西運通煤業有限公司（原九京煤礦）礦界，西部為泊里煤礦礦界，北部為西翼南回風、西翼軌道巷、西翼皮帶巷。15303工作面回風順槽主要用于回風、進料等。設計長度為1 280m。服務年限預計14個月。

2 巷道變形破壞分析

由于臨近工作面的回采，礦山壓力在本工作面煤壁區域會形成應力集中區，加之掘進工作面的掘進和巷道斷面較大的影響，破壞了巷道圍巖受力狀態，使兩種應力會出現重疊效應，形成疊加式的應力集中動壓區，導致巷道圍巖產生大變形。從而出現頂板下沉、破斷，兩幫破碎位移，巷道斷面急劇縮小，狀況惡化。控制巷道圍巖變形，首先巷道支護有足夠的強度，確保巷道圍巖本身的穩定，防止支護系統與圍巖應力達到平衡之前發生破壞。在掘進影響階段，巷道圍巖的變形主要受原巖應力重新分布的影響，其變形量的大小與支撐壓力的大小呈正比關系；掘進影響穩定階段，巷道圍巖的變形主要受時間因素的影響，此時巷道圍巖變形表現為很強的流變性，除此之外，還與支撐壓力引起的巷道圍巖塑性區發育情況有關，塑性區越發育，圍巖變形量隨時間增長變化越大。錨索支護技術作為一種先進的支護方式，可有效地減少圍巖變形，防止巷道圍巖離層和片幫，大幅度降低巷道支護成本，減輕工人的勞動強度。

3 新支護設計

3.1 頂板支護

頂板采用“錨索＋錨桿＋經緯金屬網＋鋼帶”聯合支護。排距900mm，鋼帶使用“BHW-960-280-4-5 100mm”的6眼W鋼帶；鋼帶眼內全部布置錨桿，錨索布置在兩片鋼帶正中間，每排布置3根錨索，錨索間距1 400mm，距幫1 200mm。錨桿使用Φ22mm×2 000mm的螺紋鋼錨桿，托板使用150 mm×150mm×10mm拱形托板+調心球墊和尼龍墊圈，藥卷使用MSCK23/60的樹脂錨固劑；錨索使用Φ21.6mm×5 200mm的錨索，錨索托板使用300 mm×300mm×12mm的拱形托板+調心球墊，藥卷使用MS雙速23/120的樹脂錨固劑。頂網使用6 000mm×1 200mm的經緯金屬網。

3.2 巷幫支護

兩幫采用“錨索+經緯金屬網”聯合支護，每排每幫布置3根錨索。每排每幫布置4根Φ17.8mm×5 200mm的錨索，托板采用300mm×300 mm×12mm的拱型托板+調心球墊。藥卷使用MS雙速23/120的樹脂錨固劑。錨索間距從頂板往下依次為400mm/1 000mm/1 000mm/1 000mm/500mm。幫網使用6 000mm×1 200mm的經緯金屬網。巷道支護見下頁圖1。

4 支護效果情況

掌握工作面順槽頂板離層情況及壓力變化，觀測內容為，頂板離層情況、兩幫移近量、底鼓量等。測區位置，利用掘進時期的頂板離層儀觀測站，正常情況下每50m一個觀測站。如遺留的儀器發生損壞應適當加大觀測站的距離，但最大不能超過200m。工作面礦壓觀測方案為每隔50m設立一個觀察站。每個觀測站安設錨索、錨桿測力計3個；安設1個頂板離層指示儀；同時設立3個觀測斷面，每個觀測斷面設3個觀測基點，頂部1個、兩幫各1個。錨桿錨索受力情況如圖2。

圖1 回風巷支護斷面圖（單位：mm）

隨著掘進頭距離的增大，巷道圍巖變形量隨之增大；圍巖變形量經過一定增長之后，在掘進30m后基本趨于穩定。頂板離層量較小，頂板深部、淺部離層變化量很小，淺部離層量在1～3mm，深部離層量在2～4mm，錨固范圍內總離層值為2～6mm，這說明錨索錨固在穩定的老頂石灰巖中對頂板的控制起到了關鍵的作用。頂底板相對位移主要來自于底臌；兩幫由于錨索支護，未發生明顯擴張變形。錨桿、錨索載荷變化不大，趨于平緩，說明巷道壓力不大巷道整體穩定，另一方面說明設計支護承載力極大提高，支護方式滿足該巷道現狀。預應力錨索加固了頂板，有效地控制了錨固范圍內的煤巖的離層，頂板深部離層值較淺部離層值仍然偏大，說明巷道在掘進階段一直受到礦山壓力影響。

因此通過對巷道的支護設計保證了巷道的穩定性和工作面的正常生產，節約成本，增加了噸煤效益。巷道采用的支護設計較好地控制巷道圍巖的變形，錨索加強支護的效果顯著，同時應注意調整幫錨桿的支護參數，以便更好發揮兩幫錨桿的作用，有效降低兩幫移近量。

圖2 錨桿錨索受力情況

5 結語

采用高預應力全錨索支護技術后，有效地控制了頂板和兩幫的圍巖變化，避免了頂板進一步下沉和離層，切實提高了巖體的強度和穩定性以及整個圍巖自身的承載能力，基本解決了巷道頂板下沉、煤幫破碎和巷道無法被正常使用的難題。另外，對于圍巖破碎嚴重的情況采用了馬麗散加固的方法，有效地加固周圍圍巖松動圈，使之成為整體，提高了圍巖的整體承載能力并快速達到了要求的性能指標。