云泉煤業15103 運輸順槽掘進支護參數優化

王 磊 田 敬

（1.山西高平科興云泉煤業有限公司，山西 高平 048400；2.山西高平科興南陽煤業有限公司，山西 高平 048400）

1 工程概況

山西高平科興云泉煤業有限公司15103 工作面運輸順槽布置于15 號煤層，煤層傾角為2°～7°，煤層厚2.19～3.3 m，平均2.75 m，含1～2 層矸石，夾矸厚度0.05～0.45 m。工作面頂板為K2 灰巖，層位穩定，厚度大，局部為泥巖。底板為灰黑色泥巖，局部可能出現灰色鋁土質泥巖。15103 工作面北部為回風大巷、膠帶大巷和軌道大巷，西部為15101工作面采空區，東部為實體煤。

15103 工作面運輸順槽設計長度為2060 m，沿15 號煤層頂板掘進。掘寬5000 mm，掘高3100 mm，巷道斷面為15.5 m2。在巷道掘進過程中由于原支護參數不合理，導致在掘進過程中圍巖應力較集中，頂底板圍巖最大移近量可達715 mm，兩幫圍巖最大移近量可達525 mm。巷道圍巖變形問題亟待解決，需根據對已掘300 m 巷道的現場實際情況來優化支護參數。

2 支護優化

2.1 原支護存在的問題

（1）原支護頂板未配備W 型鋼帶，起不到和錨桿聯合支護的作用，導致頂板圍巖不穩定性增大。相同錨桿預緊力作用下，配備W 型鋼帶對不穩定圍巖效果更佳，能起到良好的支護效果。

（2）現場錨桿支護作業人員未按照巷道設計要求施工，導致錨桿、錨索不符合設計間排距，錨固力和預緊力也未達到規定值，從而導致巷道來壓后頂底板及兩幫圍巖變形量較大。

（3）經現場實地觀測發現，15103 工作面運輸順槽破碎段較多，原支護設計頂板和兩幫錨桿排距為1500 mm，排距過大導致現場支護效果不佳，需縮小錨桿排距進行加強支護。

2.2 支護參數優化

通過分析原支護不足之處，對15103 運輸順槽采用錨網索+W 鋼帶聯合支護，并對其支護參數進行優化[1-8]，保證巷道圍巖穩定性。圖1 和圖2 為15103 運輸順槽優化后支護斷面和平面圖，具體的支護參數如下：

圖1 優化后支護斷面圖（mm）

圖2 優化后支護平面圖（mm）

（1）頂部支護。巷道頂板錨桿采用規格為Φ22 mm×2400 mm 的MG500 高強度螺紋鋼錨桿，間排距為1000 mm×1200 mm，邊錨桿距巷幫500 mm，要求向巷幫側傾斜10°，每排布置5 根頂板錨桿，錨桿搭配寬度80 mm、厚度35 mm、孔間距1000 mm 的鋼帶聯合使用。每根錨桿使用K2360 型和Z2360 型樹脂錨固劑各1 卷。巷道頂板錨桿托板規格為150 mm×150 mm×10 mm 穹型鋼托盤，頂板每根錨桿錨固力≥110 kN，扭矩為240 N·m。頂板錨索采用規格為Φ17.8 mm×6000 mm 的SKP18-1/1860 錨索，每排2 根布置，間距2000 mm，距巷幫1500 mm，排距2400 mm，錨索垂直頂板巖面，張拉預緊力≥210 kN。每根錨索使用K2360 型樹脂錨固劑1 卷，Z2360 型樹脂錨固劑2 卷。錨索錨固力≥300 kN。頂板錨索規格為長×寬×厚=300 mm×300 mm×16 mm 穹型多功能鋼板托板。網片采用Φ4 mm～Φ6 mm 的鋼筋焊接，規格為2800 mm×1400 mm。

（2）幫部支護。巷道幫部錨桿采用規格為Φ22 mm×2000 mm 的MG500 高強度螺紋鋼錨桿，間排距為900 mm×1200 mm，上部錨桿距頂板150 mm，向上傾斜10°，下部錨桿距底板250 mm，與巷幫垂直，每排每側4 根幫錨桿，幫部錨桿扭矩為200 N·m。錨桿搭配幫鋼帶規格為寬度80 mm，厚度35 mm，孔間距900 mm。每根錨桿使用K2360型和Z2360 型樹脂錨固劑各1 卷。錨桿托板規格為150 mm×150 mm×10 mm 穹型鋼托盤。兩幫網片采用12#鐵絲編制而成的菱形網，網規格為3000 mm×1400 mm，網格50 mm×50 mm，網片間搭接100 mm，每隔200 mm 聯網2 道，每隔100 m 鋪2排絕緣網。

3 支護效果分析

原支護方案下15103 工作面運輸順槽試驗段為巷道前300 m，巷道300 m 后為優化后的支護方案和參數，通過選取有代表性圍巖并在巷道內布置測點來觀測新支護方案和原支護的頂底板及兩幫移近量。觀測周期為50 d，觀測頻率為5 d/次。觀測數據匯總得圖3 所示為15103 工作面運輸順槽圍巖位移曲線圖。

由圖3 可知，15103 工作面運輸順槽原支護方案在0～28 d 內巷道頂底板及兩幫圍巖變形量較大，28 d 后圍巖變形量增加不明顯，原支護方案下頂底板移近量最大可達715 mm，兩幫圍巖移近量最大可達525 mm。采用優化后的支護方案后，巷道圍巖位移在0～22 d 內逐漸增加，22 d 后圍巖變形量逐漸趨于穩定，新支護方案下頂底板移近量最大可達392 mm，兩幫圍巖移近量最大可達210 mm。與原支護方案相比，新支護方案頂底板移近量減少45.2%，兩幫移近量減少60%。結合頂板離層監測和錨索壓力監測數據可知，巷道頂板離層量為1～2 mm，錨索承載在15 MPa 穩定波動。由此可證明，15103 運輸順槽采用優化后的支護方案可有效地控制巷道頂底板及兩幫圍巖變形量。錨網索+W 鋼帶聯合支護提高了巷道圍巖的承載能力，支護效果良好。

圖3 15103 工作面運輸順槽圍巖位移曲線圖

4 結論

通過現場應用可知，15103 運輸順槽采用錨網索+W 鋼帶聯合支護加強了巷道圍巖整體的穩定性，優化后的支護方案和參數經過現場圍巖變形量監測、頂板離層和錨索壓力監測數據可知，新支護方案較原支護頂底板移近量減少45.2%，兩幫移近量減少60%，頂板離層和錨索壓力均符合要求，有力地證明了優化后支護參數的可行性。