辛置煤礦2-1052 輔助運輸巷支護參數優化研究

張凱華

（霍州煤電集團辛置煤礦，山西 霍州 031412）

動壓巷道如何安全施工并維持穩定，一直是煤礦安全生產的重要問題之一。錨桿支護技術作為當前煤巷的主要支護方式之一，能夠有效保證礦井安全高效生產[1]。但動壓巷道的錨桿支護合理參數確定，因地質等條件復雜多變，參數也有所差異，對此，大量學者進行研究：康紅普等[2]結合煤巷支護理論基礎，對煤巷錨桿支護成套技術進行進一步研發，提出高預應力、強錨固支護體系；谷拴成[3]結合矩形巷道頂板變形機理，推導出了保證巷道穩定情況下拉桿預緊力的理論表達式。近年來，諸多專家學者針對煤巷支護領域已有多數成果出現，但由于開采地質條件復雜，生搬硬套難以適用現實情況，故需要結合礦井實際情況采取行而之效的支護措施。

辛置煤礦回采巷道布置采用“一面三巷”型布置方式，即一個回采工作面包含區段運輸平巷、區段回風平巷、輔助運輸平巷三條順槽。其中，輔助運輸順槽在上一工作面回采完畢后對下一工作面兼用作回風，故輔助運順順槽經歷掘進、一次采動、二次采動三次開采擾動。在二次采動期間，巷道整體支護效果較差，煤壁片幫、巷道底鼓現象較為嚴重。為此，以辛置煤礦2-1052 輔助運輸順槽為研究背景，通過現場實測分析2-1052 輔助運輸巷礦壓規律，并采取現場試驗的方法，對輔助運輸順槽進行支護參數優化研究。

1 工程背景

2-1052 輔助運輸順槽服務于2-1052 回采工作面，巷道布置在2#煤層中，巷道平均埋深320 m，矩形斷面。巷道凈寬4.8 m，凈高3.5 m，凈斷面積16.8 m2。2#煤層平均厚度4.2 m，平均傾角6°。基本頂為中粒砂巖，平均厚度1.7 m，直接頂為砂質泥巖，平均厚度6.4 m，直接底為砂質泥巖，平均厚度1.1 m，基本底為中粒砂巖，平均厚度10.6 m。

2-1052 輔助運輸順槽原支護方式采用錨網聯合支護，頂板每排6 根Ф 22 mm×2500 mm 左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，間排距為900 mm×900 mm；幫部每幫5 根左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，間排距900 mm×900 mm。每跟錨桿均采用1 卷CKB2340 樹脂藥卷進行錨固，同時搭接金屬網。頂板錨索采用Ф21.6 mm×7300 mm，錨索間排距1800 mm×1800 mm，每根錨索采用2 條CKB2340 藥卷進行錨固。2-1052 輔助運輸順槽原始支護斷面圖如圖1 所示。

圖1 2-1052 輔助運輸順槽原始支護斷面圖

2 巷道變形及原因分析

（1）巖體強度較弱。2-1052 輔助運輸順槽布置在2#煤層中，2#煤層巖體強度較弱，普式系數f=1.9，屬軟弱煤層，自身承壓效果不理想，回采產生的采動應力使得巷道周圍巖體較破碎，易發生大面積變形。

（2）支護強度較差。2-1052 輔助運輸順槽幫部支護采用Ф22 mm×2500 mm 左旋無縱筋螺紋鋼錨桿支護，未打錨索。分析造成巷道大幅變形的原因之一是由于巷道幫部整體圍巖較破碎，無法承受上覆巖層產生的力，進而傳遞至巷道頂底板，造成巷道周圍巖體大幅破壞。

（3）重復采動影響。2-1052 輔助運輸順槽在使用過程中，先用作2-1052 工作面的材料運輸及人員通行，工作面回采完畢后，繼續留作2-1053 工作面回風。故該巷道歷經“一掘兩采”三次開采擾動，尤其在二次采動期間，巷道實際支護體已無法滿足巷道使用需求，使得巷道大面積變形。

3 現場實測

3.1 觀測方案確定

原支護狀態下，觀測區域選定為2-1052 輔助運輸順槽距巷道開口700 m處，觀測區域選定為100 m，區域范圍內共設立2 個測站，測站間距50 m，采用錨桿測力計測力方法對錨桿受力數據進行采集，對巷道的錨桿載荷進行觀測。2-1052 輔助運輸巷現場觀測方案圖如圖2 所示。

圖2 2-1052 輔助運輸巷現場觀測方案圖

3.2 觀測結果分析

對測站1、2 測力結果進行統計，如圖3 所示。監測結果中，左幫為煤柱幫，右幫為回采幫。由圖3（a）可知，煤柱幫錨桿應力峰值為5.6 MPa，頂板錨桿應力峰值5.8 MPa，回采幫錨桿應力峰值6.1 MPa。應力峰值出現位置均處于距工作面24 m 處，故推測工作面超前支承壓力影響范圍為24 m 左右，且回采幫錨桿受力高于頂板錨桿與煤柱幫錨桿。分析原因是由于回采幫在臨近工作面回采，先一步受到工作面開采擾動，采動應力傳遞至回采幫后在回采幫上重新分布，進一步傳遞至頂板及煤柱幫。由圖3（b）可知，煤柱幫錨桿應力峰值為7.2 MPa，頂板錨桿應力峰值為7.6 MPa，回采幫錨桿應力峰值8.1 MPa。回采幫錨桿受力高于煤柱幫與頂板錨桿，應力峰值出現位置距迎頭距離為22 m，基本與1#測站分析結果相同。

4 支護方案優化

結合對2-1052 輔助運輸順槽觀測結果，認為回采幫受力最大，頂板次之，煤柱幫最小，故通過對巷道頂板及幫部進行加強支護，可以較好地達到維護巷道的目的。對比巷道原支護方案發現，巷道原始支護狀態下幫部未打錨索，幫部支護較差，故通過對巷道兩幫補打錨索進行加強支護，同時縮短錨桿間排距。確定錨桿間排距為800 mm×800 mm，頂板錨索改為Ф21.6 mm×8200 mm，每根錨索采用2 條CKb2340 和3 條Z2360 樹脂錨固劑錨固，間排距1700 mm×1600 mm，錨索每排三根；幫部錨索規格參數為Ф21.6 mm×8200 mm，錨索每排兩根，間排距1700 mm×1600 mm，同時施加減磨墊圈以提高錨桿、錨索預緊力。優化后的支護斷面圖如圖4 所示。

圖3 測力錨桿現場監測結果圖

圖4 優化后的支護斷面圖

5 應用效果

在2-1052 輔助運輸順槽距離巷道開口1000 m位置處建立測站1 處，監測巷道表面位移變化情況。監測方法仍采用“十字”布點法進行監測，統計距迎頭一定距離范圍內巷道變形情況如圖5 所示。由圖5 可知，工作面最大頂板下沉量為28 mm，最大兩幫移進量為25 mm，最大底鼓量為15 mm。與原支護相比，無論頂板、兩幫、底板變形情況均得到了有效控制。

圖5 巷道變形情況