三元煤業回風巷支護優化分析

張 澤

（晉能控股煤業集團長治公司生產技術部山西長治047100）

1 概況

三元煤業煤四采區回風巷東為實體煤，南為四采區10#橫貫，西為實體煤，北為礦井邊界，煤層平均厚度為7 m，煤層硬度（f 為0.63），煤層偽頂為砂質泥巖，厚度0.1 m；直接頂為細粒砂巖，厚度8.0 m；老頂為中粒砂巖，厚度3.0 m；直接底為砂質泥巖，厚度1.0 m；老底為細粒砂巖，厚度2.8 m。，煤層層理發育，局部存在節理發育，該區域煤質酥軟，頂板破碎，巷幫局部縱向節理發育，容易造成局部片幫。巷道存在問題：

（1）四采區回風巷原來采用的支護方案支護密度相對較大，且支護參數設計不能充分發揮支護材料的性能，一定程度上造成了支護材料的浪費。

（2）幫部支護不及時。

2 回風巷錨桿初始支護設計

2.1 巷道支護斷面設計

根據礦井資料，考慮到在掘進過程和回采中設備尺寸，通風要求和巷道圍巖變形預留量，設計四采區回風巷斷面尺寸如下：掘進寬5.3 m，高3.15 m，掘進斷面積為16.7 m2。

2.2 錨桿支護初始設計

通過地質力學測試和數值模擬計算分析，確定了四采區回風巷頂板錨桿間距1.15 m，每排布置5 根錨桿；幫錨桿間距0.85 m，每排布置4 根。錨桿排距為1 m。錨索三花布置，錨索間距為2.3 m，排距為1 m，樹脂錨固高強錨桿錨索組合支護系統和支護參數（見圖1）及支護材料（見表1），支護完成后及時對巷道頂部和兩幫進行噴漿處理，噴漿厚度150 mm，噴射混凝土強度等級不低于C25。

表1 四采區回風巷支護材料清單

圖1 四采區回風巷支護參數圖

3 回風巷掘進階段礦壓監測報告

3.1 錨桿受力監測

為保證巷道安全，安裝綜合礦壓1#測站。1#測站包括巷道錨桿應力計，錨索應力計和巷道斷面收斂監測。測點布置如圖2.

圖2 回風巷1#礦壓綜合監測測站布置

1#測站分別安裝了頂板錨桿測力計和幫部錨桿測力計用于錨桿受力狀態的監測，以考察錨桿工作阻力隨著距離改變的變化情況，巷道頂板煤柱側至煤壁側共布置5 個錨桿應力計測點依次為頂1、頂2、頂3、頂4、頂5，煤壁側布置3 個錨桿測點從上往下分別為右1、右2、右3，煤柱側由上往下分別為左1、左2、左3。1#測站兩幫錨桿應力監測曲線如圖3所示，1#測站頂板錨桿應力監測曲線如圖4所示。

圖3 1#測站巷道兩幫錨桿應力監測曲線

圖4 1#測站巷道兩幫錨桿應力監測曲線

深入分析可以看出在掘進初期錨桿受力變化波動較大，隨著巷道的掘進遠離測站，圍巖受力逐漸再次達到平衡，錨桿受力也逐漸趨于穩定。整體來分析巷道在掘進過程中，在監測期17 d 內，錨桿整體的受力增幅相對較小，錨桿受力沒有超過其自身極限，巷道變形量較小，說明支護效果較好，支護設計合理

3.2 錨索受力監測

1#測站錨索應力監測曲線如圖5所示。巷道頂板煤柱側至煤壁側共布置2 個錨索應力計測點依次為頂索左、頂索右，錨索受力狀態的動態監測，可以表征錨索受力隨著距離改變的變化情況。

圖5 1#測站巷道兩幫錨桿應力監測曲線

深入分析可以看出在掘進初期錨索受力變化波動較大，隨著巷道的掘進遠離測站，圍巖受力逐漸再次達到平衡，錨索受力也逐漸趨于穩定。整體來分析巷道在掘進過程中，在監測期17 d 內，錨索整體的受力增幅相對較小，錨索受力沒有超過其自身極限，巷道變形量較小，說明支護效果較好，支護設計合理。

3.3 斷面收斂監測

1#測站斷面收斂監測曲線如圖6所示。斷面收斂情況的動態監測，可以表征巷道圍巖整體受力顯現隨著距離改變的變化情況，也可以間接體現出巷道支護體系的效果。

圖6 1#測站巷道斷面收斂監測曲線

深入監測數據分析可以看出在掘進初期巷道斷面收斂變化波動較大，隨著巷道的掘進遠離測站，圍巖受力逐漸再次達到平衡，巷道變形速率降低。整體來分析巷道在掘進過程中，在監測期17 d 內，從現場可以看出，巷道變形量很小，巷道頂板完整且平整，兩幫整齊，由此看出新支護設計合理，主動支護效果好，巷道安全性高。

4 總結

（1）根據現場調研，發現三元四采區回風巷原來采用的支護方案支護密度相對較大，且支護參數設計不能充分發揮支護材料的性能，一定程度上造成了支護材料的浪費。

（2）建議在生產過程中系統地開展礦井地質力學測試工作，加強地質資料采集與整理，在大量實測數據的基礎上進行數學、統計學、地質學和數值模擬等方面的綜合分析，為礦井的安全及高效生產提供更為詳細和準確的基礎數據。

（3）該支護技術取得了一定的技術經濟效益，為三元煤業后續15#煤層的開采提供了依據和參考。