黑龍煤業(yè)2102運(yùn)輸巷支護(hù)參數(shù)優(yōu)化

趙海濤

（山西潞安集團(tuán)蒲縣黑龍煤業(yè)有限公司，山西 蒲縣 041204）

1 工程概況

潞安集團(tuán)黑龍煤業(yè)有限公司位于山西省臨汾市蒲縣黑龍關(guān)鎮(zhèn)西溝村，主水平設(shè)在9+10+11號煤層中，水平標(biāo)高為+1040 m，輔助水平設(shè)在2號煤層，水平標(biāo)高為+1140 m。2102運(yùn)輸巷主要用于2102工作面回采時的運(yùn)輸與通風(fēng)，南接21進(jìn)風(fēng)行人上山，北接設(shè)計2102工作面切眼，西面為9+10+11號煤層軌道大巷，東面為設(shè)計2102風(fēng)巷。煤層層位位于下水平9+10+11號煤層，與2號煤層之間垂直距離109.6 m。在本工作面范圍內(nèi)，煤層厚度穩(wěn)定，平均厚度為6.58 m。9號煤與10+11號煤之間有一層夾矸較厚為0～1.85 m，平均0.65 m。局部區(qū)域10號與11號煤之間有一層0.3 m的夾矸。9號煤平均厚度0.86 m，10+11號煤平均厚度4.5 m。如表1所示。

表1 煤層頂?shù)装鍘r性

2 2102運(yùn)輸巷支護(hù)參數(shù)優(yōu)化

2102運(yùn)輸巷斷面尺寸為寬×高=4500 mm×3000 mm。原支護(hù)方案如下：頂板錨桿選用Ф20 mm×2400 mm的螺紋鋼錨桿，錨索選用規(guī)格為6500 mm和9000 mm兩 種，其 中6500 mm的錨索布置3根，間排距為1000 mm×1000 mm，距離巷幫250 mm位置各布置一根錨桿，9000 mm的錨索布置2根，間排距為2000 mm×1000 mm，巷道頂板中線位置及距離巷幫250 mm位置各布置一根錨桿，靠近巷幫位置的錨桿與豎直方向夾角為15°。巷道兩幫選用Ф20 mm×2400 mm的螺紋鋼錨桿，間排距為1000 mm×1000 mm，錨桿距頂板巖層和底板巖層均為500 mm，每幫均布置3根錨桿。

現(xiàn)場施工發(fā)現(xiàn)，原支護(hù)方案施工較為復(fù)雜，6300 mm和9000 mm的錨索間隔布置，且數(shù)量不同，對巷道支護(hù)效率影響較大，嚴(yán)重制約了巷道的掘進(jìn)速度。考慮到原支護(hù)方案較為保守，支護(hù)密度較大，可以對方案進(jìn)行簡化、優(yōu)化，擬取消長度9000 m的錨索，僅采用6300 mm的錨索對巷道頂板進(jìn)行支護(hù)。借助數(shù)值模擬的方法分析簡化后支護(hù)方案的支護(hù)效果。簡化后的支護(hù)方案如圖1。頂板錨桿選用Ф17.8 mm×6300 mm的錨索，間排距為900 mm×1000 mm，布置在巷道頂板中間位置，錨索兩邊各布置兩根Ф20 mm×2400 mm的螺紋鋼錨桿，間排距為900 mm×1000 mm，靠近巷幫的兩根錨桿與豎直方向夾角為15°，幫錨桿選用規(guī)格為Ф20 mm×2400 mm的螺紋鋼錨桿，間排距為1000 mm×1000 mm。

圖1 優(yōu)化后支護(hù)方案（mm）

優(yōu)化前后支護(hù)方案垂直應(yīng)力分布圖如圖2。

圖2 巷道垂直應(yīng)力分布

如圖2所示，兩種支護(hù)方案條件下，巷道開挖穩(wěn)定后，垂直應(yīng)力分布情況及影響范圍差別不大。原支護(hù)方案條件下巷道兩側(cè)垂直應(yīng)力峰值為11.8 MPa，優(yōu)化后的支護(hù)方案，巷道兩側(cè)垂直應(yīng)力峰值為11.9 MPa，基本相同。表明取消9000 mm長錨索后，對巷道圍巖的控制效果并無明顯降低的現(xiàn)象。

優(yōu)化后的支護(hù)方案，在巷道中部、頂板巖層表面及1～4 m范圍內(nèi)各個特征點應(yīng)力值如圖3。巷道中部特征點應(yīng)力值明顯高于頂板巖層表面及1～4 m范圍內(nèi)各個特征點應(yīng)力值，在巷道中部兩側(cè)煤體存在應(yīng)力集中區(qū)域。隨著距離巷道越遠(yuǎn)，各個特征點應(yīng)力值在煤體深處逐漸趨于原巖應(yīng)力值。

圖3 不同位置各個特征點垂直應(yīng)力值

原支護(hù)方案及優(yōu)化后支護(hù)方案條件下，巷道圍巖垂直位移及水平位移如圖4。原支護(hù)方案條件下頂板變形量最大值為26.3 mm，兩幫移近量最大值為20.3 mm，優(yōu)化后支護(hù)方案條件下頂板變形量最大值為33.2 mm，兩幫移近量最大值為24.8 mm。雖然優(yōu)化后支護(hù)方案條件下，巷道圍巖變形量略有增大，但是增大幅度非常小，不會造成巷道圍巖失穩(wěn)破壞。

圖4 巷道圍巖垂直位移及水平位移

3 工業(yè)性試驗

2102運(yùn)輸巷使用原支護(hù)方案掘進(jìn)了100 m后，根據(jù)優(yōu)化后的方案，取消了長度為9000 mm錨索，在距離開切眼50 m、150 m和250 m位置設(shè)置圍巖變形監(jiān)測點，對巷道頂板下沉量及兩幫移近量進(jìn)行現(xiàn)場監(jiān)測，比較原支護(hù)方案和優(yōu)化后支護(hù)方案條件下巷道圍巖變形情況。其中：距離開切眼50 m位置為原支護(hù)方案條件下監(jiān)測點，距離開切眼150 m和250 m均為優(yōu)化后支護(hù)方案監(jiān)測點，分別記為斷面1和斷面2。現(xiàn)場監(jiān)測曲線如圖5。

如圖5（a）所示，優(yōu)化后支護(hù)方案條件下，斷面1監(jiān)測得到的巷道頂板下沉量最大值為62 mm，斷面2為73 mm，而原支護(hù)方案條件下巷道頂板下沉量最大值達(dá)95 mm。分析原因，可能是原方案支護(hù)較為復(fù)雜，在施工過程中工人不易保證施工質(zhì)量，而優(yōu)化后支護(hù)方案雖然支護(hù)密度小于原支護(hù)方案，但是不涉及到間隔支護(hù)，更易保證施工質(zhì)量，導(dǎo)致優(yōu)化后的支護(hù)方案支護(hù)效果更好[1-4]。如圖5（b）所示，斷面1監(jiān)測得到的巷道兩幫移近量最大值為50 mm，斷面2為85 mm，而原支護(hù)方案條件下巷道兩幫移近量最大值為90 mm。現(xiàn)場監(jiān)測結(jié)果表明，優(yōu)化后的方案兩幫變形量小于原支護(hù)方案，在頂板支護(hù)效果較好的情況下，雖然巷道兩幫支護(hù)參數(shù)沒變，但是支護(hù)效果也有所改善。

圖5 巷道圍巖變形量監(jiān)測曲線

現(xiàn)場試驗結(jié)果表明，雖然原支護(hù)方案支護(hù)密度更大，但是兩種型號的錨索間隔支護(hù)，增大了施工的難度，影響了施工質(zhì)量，而且增大了材料運(yùn)輸?shù)墓こ塘浚萍s了巷道掘進(jìn)速度。優(yōu)化后的支護(hù)方案，雖然支護(hù)密度有所降低，但是只保留一種型號的錨索，簡化了施工過程，更易保證施工質(zhì)量，而且減少了材料運(yùn)輸?shù)墓こ塘浚欣谔嵘锏谰蜻M(jìn)速度。

4 結(jié)論

針對黑龍煤業(yè)2102運(yùn)輸巷掘進(jìn)速度慢的問題，分析發(fā)現(xiàn)原支護(hù)方案支護(hù)密度大，存在過支護(hù)問題，且原支護(hù)方案較為復(fù)雜，施工質(zhì)量不易保證，因此對原支護(hù)方案進(jìn)行簡化，僅保留Ф17.8 mm×6300 mm的錨索，取消了兩種錨索間隔支護(hù)的施工環(huán)節(jié)，適當(dāng)降低了支護(hù)密度，而且施工更加簡單，更易保證施工質(zhì)量。通過現(xiàn)場監(jiān)測，優(yōu)化后的支護(hù)方案支護(hù)效果良好，可以滿足現(xiàn)場的安全生產(chǎn)要求，而且更有利于提升巷道掘進(jìn)速度。