干河煤礦2-106工作面運輸巷支護技術應用

李軍軍

（山西霍寶干河煤礦有限公司，山西 臨汾 041602）

1 工程概況

山西霍寶干河煤礦2-106工作面開采煤層為2#煤層。2#煤層為緩傾斜煤層，傾角為6°，煤厚4.2 m。2#煤層的直接頂為砂質泥巖，厚度為6.4 m，老頂為中粒砂巖，厚度為1.7 m，直接底為泥巖，厚度為4 m，老底為中粒砂巖，厚度為10 m。2-106工作面巷道在2-105工作面回采時已完成布置，運輸巷巷道掘進斷面為5 700 mm×3 650 mm，采用錨索網+W鋼帶聯合支護，運輸巷原有支護錨桿規格為Φ20 mm×2 500 mm，錨索規格為Φ21.6 mm×8 800 mm，W型鋼帶規格為5 100 mm×280 mm×3 mm，金屬網規格為100 mm×100 mm。錨索和錨桿采用樹脂錨固劑進行局部錨固。2-106工作面運輸巷道支護斷面見圖1。

圖1 2-106工作面運輸巷原支護斷面

在2-105工作面回采過程中，2-106工作面巷道發生不同程度的圍巖變形，特別是2-106工作面運輸巷，其底鼓量為1 500 mm。運輸巷道的嚴重變形影響到2-106工作面的安全生產，為了保證工作面正常推進，對2-106工作面運輸巷破壞原因及支護技術進行研究。

2 巷道變形破壞機理分析

為解決2-106工作面運輸巷在布置完成后圍巖變形嚴重的問題，通過對2-106工作面運輸巷圍巖變形進行監測探究圍巖變形影響[1-3]。

2.1 位移監測測站布置

在2-106運輸巷布置三個測站，測站距離2-106切眼的距離分別為50 m、100 m、200 m，分別為1號測站、2號測站、3號測站。三個測站均采用十字布點法在巷道頂底板和兩幫布置測點。1號測站監測2-105工作面已完成回采區段圍巖位移，2號測站監測受到2-105采動影響區段，3號測站處于2-105工作面前側，即將受到工作面影響段。測站布置見圖2。

圖2 測站布置平面

2.2 監測數據分析

在2-105工作面回采過程中，通過在3個測站對2-106運輸巷圍巖變形數據進行繪制，見圖3。橫坐標為正值代表測點超過工作面的距離，負值代表工作面距離測點的距離。

圖3 三個測站巷道圍巖變形情況

通過1號測站圍巖變形曲線圍巖變形曲線可知，運輸巷道圍巖變形增長較為緩慢。結合1號測站的位置可知，由于1號測站距離2-106工作面切槽眼的距離較近，距離2-106工作面距離較遠，可知其前期圍巖變形量受工作面影響較小，主要是受到開切眼的影響。隨著工作面超過1號測點的距離逐漸增加，巷道處于受壓狀態時，圍巖變形增長緩慢，圍巖變形主要是巷道底鼓變形量較大，巷道兩幫移近量較小。

根據2號測站圍巖變形趨勢可知，在2-105工作面經過測站后，其變形量還是在逐漸增加，直到2-105工作面推進距離超過測點至40 m后，圍巖變形量逐漸趨于穩定。最終頂板下沉量為400 mm，底鼓量達到1 000 mm，兩幫移近量在300 mm左右。結合測站現場情況，由于巷道頂板淋水較為嚴重，巷道底板為富含蒙脫石、伊利石和高嶺石等遇水膨脹礦物的泥巖，因此巷道底板遇水后強度降低，底鼓量變形量大于巷道頂板變形量，而兩幫移近量滯后于頂底板變形量。

從3號測站可以看出在2-105工作面在推進至距離3號測站30 m時，受到工作面的支承壓力影響，運輸巷道圍巖開始變形，待推進至0 m時圍巖變形急劇增加。從圖3可以得出由于受到采動的影響，巷道底鼓和頂板下沉量增加速度幾乎相同，而巷道兩幫移近量的速度較小。

由于巷道所處地質構造及工程環境的不同，巷道圍巖變形不是單一因素引起的變形，而是多因素交叉造成的。通過現場實際狀況及礦上地質資料進行結合得出造成2-106圍巖變形主要是以下三個原因。

（1）大斷面尺寸影響：巷道斷面大小影響著巷道圍巖的穩定。2-106工作面運輸巷斷面為5 700 mm×3 650 mm，屬于矩形大斷面。巷道斷面與圍巖兩幫移近量有關，隨著斷面增加，圍巖兩幫移近量會增加，對于底板的破壞深度也會增加。

（2）巖層底板巖性影響：根據礦山地質資料可知巷道底板泥巖中含有遇水膨脹的礦物，當底板遇水時，底板變形嚴重。由于2-106底板泥巖含有蒙脫、高嶺石等，因此當頂板淋水嚴重時，造成巷道底鼓量急劇增加。

（3）相鄰工作面采動影響:巷道開挖后，經過支護后的圍巖處于較為穩定的狀態，圍巖變形量較為穩定。在2-105工作面推進過程中采動應力嚴重影響了2-106工作面運輸巷的圍巖平衡，造成圍巖變形。同時2-106工作面開切眼對巷道變形也是有影響的。

3 巷道支護方案優化方案

通過結合我國研究人員對巷道支護效果進行研究，因此對2-106工作面運輸巷原有支護方案進行做出以下優化[4-6]。

3.1 支護優化方案

（1）錨桿參數確定

2-106工作面運輸巷頂板及兩幫錨桿采用相同的錨桿，錨桿型號為HRB335型左旋螺紋鋼，錨桿規格為Φ22 mm×2 500 mm。每根錨桿之間的距離為700 mm，每排錨桿的間距為700 mm，其中巷道兩幫錨桿從距離巷道底板350mm的位置進行布置，頂板錨桿距離兩幫400 mm的位置開始布置。錨桿采用2支MSZ23/60型樹脂錨桿進行錨固，端部為厚8 mm邊長150 mm的正方形托盤。

（2）錨索參數確定

頂板錨索在原有支護方案中進行增設錨索，每排錨索數量增加至5根，在兩排錨索間增一排，呈現545布置方式。錨索規格仍采用原有支護方案中的Φ21.6 mm×8 800 mm的鋼絞線，分別在原有錨索兩側距離兩幫150 mm的位置進行增設，使每根錨索間距為1 200 mm，錨索排距變為700 mm。錨索間增設錨索托梁，兩兩形成聯鎖。錨索托盤仍采用16#槽鋼托梁。

（3）金屬網參數確定

巷道頂部采用Φ6 mm的鋼筋搭設100 mm×100 mm的網格，運輸巷兩幫采用塑鋼網。金屬網在使用時，網片搭設長度為100 mm，相鄰網片用鐵絲連接。

（4）底板隔水措施

由于巷道底鼓主要是由于巷道底板遇水膨脹造成巷道底鼓明顯。因此在巷道底板鋪設50 mm的干石灰粉，在巷道底板和排水管鋪設100 mm的C30混凝土。

通過對原有支護方案進行優化，優化后的支護方案采用增設頂板錨索數量以及在錨索間增設托梁以及在地板增加隔水措施。具體支護方案見圖4。

圖4 巷道支護設計

4 工程支護效果分析

根據優化后的支護方案對2-106工作面進行支護設計優化及在2-106工作面原有支護措施上增設頂板錨索和在地板進行隔水措施，使頂板錨索布置呈545方式。監測點設置在距2-106切槽眼120 m的巷道段，在2-106工作面回采時對2-106運輸巷圍巖變形進行監測，監測數據見圖5、圖6。

圖5 頂板離層曲線

圖6 巷道變形曲線

通過對現場采用優化后的支護方案后，優化后的支護方案在距工作面大于30 m時，頂板離層較為平穩，穩定在4 mm以下，當小于30 m時，頂板離層量逐漸增加而后逐漸平穩，最大值達到34 mm。從圖5中可知底鼓量依舊大于兩幫移近量，當測站距離工作面大于64 m時，工作面巷道兩幫位移為0，隨著距離工作面距離增加，巷道兩幫位移逐漸增加至63 mm。巷道底鼓量隨著距離工作面的距離逐漸增加，巷道底鼓量逐漸增加，最大值為210 mm。

由此可見，優化后的支護方案通過對巷道頂板增設錨桿以及在底板增設防水措施，有效的改善了2-106工作面運輸巷圍巖狀況，底鼓量明顯減少。

5 結語

針對干河煤礦2-106工作面運輸巷受到2-105工作面開采影響的嚴重變形現象，通過布置測站對圍巖變形進行分析得出其變形原因為巷道為大斷面巷道、鄰近工作面開采以及底板巖性。在原有的支護方案上，通過在巷道頂板增設錨桿以及在底板增設防水措施，方案實施后巷道底鼓量最大為210 mm，巷道兩幫移近量為63 mm。圍巖變形明顯降低，即優化后的支護方案有效控制巷道圍巖。