煤礦巷道快速掘進作業中支護方案的優化分析

楊 濤

（霍州煤電集團呂臨能化有限公司龐龐塔煤礦，山西 呂梁 033200）

引言

目前由于工作面不斷推進，工作面頂板以及煤層都會發生相應的變換，傳統的支護形式不能滿足工作地質的需要。因此，應視以頂板變化情況來對巷道支護參數進行優化。

1 工程概況

某煤礦年生產能力為60 萬t，以4 號，5 號煤層為研究對象。經過調查發現4 號煤層厚度比較薄，而5 號煤層厚度在2.85～8.25 m 內[1-2]。在探究頂板變化情況時，選擇某一個運輸巷道，其平均高度達到了3.2 m，而寬度達到了4 m，表1 所示為頂底板情況。

表1 某工作面頂板、底板情況表

2 工作面支護現狀分析

2.1 支護參數現狀分析

在設計巷道支護時，相關工作人員對工作面頂底板與煤層所表現的特征進行調查，下面制定出與巷幫匹配的支護：

1）介紹頂板支護情況，以錨桿與錨索進行聯合的形式實現頂板的支護。一般可以把錨桿支護間距數值取為1 000 mm。與此同時，可以將每排錨桿的距離取值為1 500 mm，其中鋼筋型號設定為左旋無縱筋螺旋鋼筋，直徑22 mm。而在選定錨桿參數時，其長度取值為2 m。而在固定錨桿時，往往選用2 只數脂藥卷。通常情況下，錨索支護參數：可以把錨索支護間距數值取為1 000 mm。與此同時，可以將每排錨桿的距離取值為1 500 mm，其中鋼筋，直徑與長度分別為：18.9 mm、7.3 m[3-4]。

2）對幫支護參數介紹巷進行介紹。通常情況下，工作面巷道兩側的錨桿支護設計時，其對應的參數如下所示：錨桿支護選的距離為1 500 mm，錨桿間距數值取為1 000 mm，其中鋼筋型號設定為左旋螺紋鋼樹脂錨桿，直徑18 mm。為了能夠有效地優化錨桿配置，護幫寬度可以達到2 000 mm，相應的長度為2 500 mm，圖1 表示相應的工作面支護斷面。

圖1 某斷面原支護斷面圖（單位：mm）

2.2 原支護方案下支護效果分析

假如在作業時頂板出現較大的裂紋，并且出現了巷道兩幫變形的現象，那么為了實時監測支護缺陷，這時需要對其進行實時監測。表2 表示相應的頂板與巷幫變形參數值。

表2 某工作面巷道變形情況表

由于傳統的支護存在一定的缺陷，從而誘發巷道頂板與兩幫圍巖位置出現應力問題。為了能夠有效地提高工作面的安全性，為此可以對工作面參數進行全面的優化。

3 優化巷道支護參數以及進行對應的試驗

3.1 對巷道支護參數進行優化

3.1.1 錨桿參數

通常在固定錨桿運輸順槽頂板后，在進行優化錨桿支護時，測量出自穩隱形拱高度為1.9 m。可以借助公式（1）計算頂板錨桿長度：

式中：L1為頂錨桿外露的長度，取0.1 m；L2為自穩隱形拱高度，取1.9 m；L3為錨桿伸入自穩隱形拱外的距離，取0.5 m。

將數值帶入公式得出L=2.5 m。

經過比較選定頂錨桿直接為20 mm。依據式（2）可以得到每排錨桿數量：

式中：n 為每排錨桿的數量；QB為錨桿的屈服強度，最大取65 kN；G 為頂板冒落拱內部錨桿所能夠承擔煤體載荷，取151.98 kN。

將數值帶入公式得出：n=4.67。將每排錨桿數量圓整為5 根。

由于原有巷道寬度為6 200 m，而錨桿間距為1 400 mm，此外，相應的每排錨桿間距測定為900 mm。經過相應的計算可以得到相應的運輸順槽頂板錨桿支護參數如下：直徑為20 mm，長度為2 500 mm。

經過計算對應的排間距參數：順槽頂板錨桿支護對應的錨桿支護參數為20 mm，長度為2 500 mm，對應的排間距為900 mm×1 400 mm。

3.1.2 錨索參數

選用公式（3）計算錨索長度：

式中：Ls為錨索總長度；La為直接頂厚度，取4.3 m；L為錨索自由段長度，取3.2 m；Lc為錨索外露長度，取0.3 m。

將數值帶入公式得出Ls=7.8 m。

3.2 對優化后的支護參數進行試驗

為了對優化后的巷道支護進行驗證，因此選取工作面實施20 d 內巷道某50 m 段頂板和兩幫進行驗證，圖2 表示相應的檢測結果。

圖2 支護參數優化后工作面變形情況監測結果

通過分析圖2 可以發現，在對工作面支護參數進行優化后，巷道頂板對應的變形量最大僅32.5 mm，遠遠小于傳統支護下的頂板變形量為348.2 mm，巷道兩幫變形量僅為10 mm，大大小于傳統支護下巷道兩幫變形量。經過對工作面巷道進行優化設計后，該優化方案能夠有效地控制圍巖變形。

4 結語

煤礦安全生產已經成為社會性的問題，巷道支護效果對煤礦安全生產造成一定的影響。因此，為了能夠更好地優化巷道支護效果，因此必須依據工作面煤層與頂板的情況，進而選擇合適的支護。在進行實踐的過程中，在應用優化后的支護，巷道頂板支護變現量不超過32.5 mm，而巷道兩幫變現量僅為10 mm。由此可以看出，經過對支護進行優化設計發現，合理的工作面支護能夠有效地控制圍巖的變形情況。