回采巷道支護(hù)設(shè)計(jì)與礦壓顯現(xiàn)監(jiān)測(cè)分析

雷建華

（山西焦煤汾西礦業(yè)河?xùn)|公司 靈北礦，山西 靈石 031302）

回采巷道作為煤炭運(yùn)輸、礦井通風(fēng)和行人的主要巷道，其穩(wěn)定性直接影響著礦井的安全、高效生產(chǎn)〔1-5〕，有必要對(duì)回采巷道的穩(wěn)定性進(jìn)行研究。本文以某礦為研究對(duì)象，結(jié)合數(shù)值模擬方法對(duì)回采巷道進(jìn)行支護(hù)設(shè)計(jì)，由回采巷道變形、離層等指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，對(duì)支護(hù)方案的合理性進(jìn)行驗(yàn)證。

1 礦井概況

某礦9號(hào)煤層有9上煤層和9下煤層兩層煤，中間有夾層。煤層厚度變化在0.60～2.60m，9上煤層的平均厚度為1.5m，9下煤層的平均厚度為1.2m，中間含0.00～2.00m 夾石，夾石平均厚度為1.21m，煤層傾角15°～26°，平均17°。采區(qū)面積為25990 m2，地質(zhì)儲(chǔ)量上層為70.2 萬噸、下層為56.4萬噸。

2 回采巷道支護(hù)設(shè)計(jì)

2.1 9下煤層回采巷道斷面形狀的確定

一般來說，巷道斷面的形狀，決定了巷道周邊的應(yīng)力集中程度，所以要合理確定巷道的支護(hù)參數(shù)，需先確定巷道斷面的形狀。應(yīng)用FLAC 軟件，分別模擬了矩形巷道、正梯形巷道、倒梯形巷道和某礦實(shí)際應(yīng)用的回采巷道斷面形狀的受力情況，模擬結(jié)果見圖1。

圖1 不同巷道形狀FLAC應(yīng)力分析

從模擬結(jié)果圖上可以看出：矩形巷道圍巖的4個(gè)角上產(chǎn)生應(yīng)力集中，最大應(yīng)力可達(dá)45 MPa；正梯形巷道圍巖的兩底角產(chǎn)生應(yīng)力集中，最大應(yīng)力可達(dá)50 MPa；倒梯形巷道圍巖的兩頂角產(chǎn)生應(yīng)力集中，最大應(yīng)力可達(dá)50 MPa。通過對(duì)不同斷面巷道的受力分析可知：矩形巷道4個(gè)角都產(chǎn)生應(yīng)力集中，因節(jié)理較發(fā)育，易產(chǎn)生片幫，安全隱患多，且對(duì)于巷道的維護(hù)很不利，所以不采用；倒梯形巷道雖然應(yīng)力集中點(diǎn)少，但是巷道空頂寬度大，由于9下回采巷道可能布置在采空區(qū)下，受9上開采的影響頂板較破碎，暴露面積大易發(fā)生冒頂事故，所以9下回采巷道不易采用這種斷面形狀；正梯形斷面巷道克服了矩形、倒梯形等巷道的缺點(diǎn)，9下回采巷道的斷面應(yīng)采用正梯形巷道斷面。

2.2 錨桿支護(hù)參數(shù)確定

根據(jù)設(shè)計(jì)，9下回采巷道的設(shè)計(jì)的支護(hù)方式為錨桿+錨索+金屬網(wǎng)的聯(lián)合支護(hù)形式〔3-5〕，其巷道斷面為梯形（見圖2），上寬2.8m，下寬3.9m，高2.4m，凈斷面積為8.04m2。

圖2 9下煤層回采巷道錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)

3 回采巷道礦壓監(jiān)測(cè)分析

3.1 巷道礦壓監(jiān)測(cè)方案設(shè)計(jì)

在每條巷道距工作面開切眼80m 處各設(shè)置1個(gè)錨固力監(jiān)測(cè)斷面，在每個(gè)斷面的巷道頂板中央安裝錨索測(cè)力計(jì)2個(gè)、錨桿測(cè)力計(jì)3個(gè)；在每條巷道內(nèi)，距開切眼80m 各設(shè)置1對(duì)頂?shù)装逡平繙y(cè)點(diǎn)；在每條巷道距工作面開切眼80m 處各設(shè)置1個(gè)巷道表面位移監(jiān)測(cè)斷面；在每條監(jiān)測(cè)巷道內(nèi)，在距開切眼80m處在巷道頂板中央設(shè)一個(gè)頂板離層監(jiān)測(cè)點(diǎn)，分別在每個(gè)測(cè)孔內(nèi)1.5m、3m、4.5m和6m深處設(shè)監(jiān)測(cè)基點(diǎn)。

3.2 回采巷道礦壓監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

（1）巷道錨桿、錨索錨固力監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析。上下順槽錨固力變化曲線見圖3。上下順槽錨固力監(jiān)測(cè)斷面，錨索初錨力多數(shù)為10～30kN，錨索初錨力最小為5kN、最大為30 kN；錨桿初錨力多數(shù)為10kN 左右，錨桿初錨力最小為5 kN、最大為20kN。隨著工作面的推進(jìn)，錨索、錨桿錨固力變化不大，上順槽錨索、錨桿錨固力增加量為31kN 和17 kN，下順槽錨索、錨桿錨固力增加量為27kN和15kN，說明巷道受采動(dòng)影響較小。總體分析，錨索和錨桿最大錨固力監(jiān)測(cè)值均未達(dá)到能使其破壞的強(qiáng)度，說明巷道斷面、支護(hù)形式及支護(hù)參數(shù)選擇較合理，可以滿足生產(chǎn)和安全要求。

圖3 上、下順槽監(jiān)測(cè)斷面錨固力變化曲線

（2）巷道頂?shù)装逡平勘O(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析。根據(jù)巷道頂?shù)装逡平康谋O(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，整理繪出兩條巷道內(nèi)頂?shù)装逡平扛鳒y(cè)點(diǎn)隨開采時(shí)間變化的曲線（見圖4）。由圖可以看出，巷道頂?shù)装逡平侩S著時(shí)間的推移，呈近似線性增加，不同監(jiān)測(cè)斷面巷道頂?shù)装逡平炕疽恢?，下順槽平均移近量約1 mm／d，上順槽平均移近量約1.5mm／d。在監(jiān)測(cè)期間，上順槽最大頂?shù)装逡平考s97mm，下順槽最大頂?shù)装逡平考s61mm，上順槽頂?shù)装逡平?、變化速度較下順槽的大，原因是受東一面采空區(qū)的影響，結(jié)合巷道表面位移量監(jiān)測(cè)結(jié)果分析，頂?shù)装逡平饕怯捎诘纂a(chǎn)生的，從距工作面距離上看，距回采工作面15m 內(nèi)測(cè)點(diǎn)的移近速度變化較大，總體分析，上下順槽的頂?shù)装逡平烤^小。

圖4 上、下順槽監(jiān)測(cè)斷面頂?shù)装逡平孔兓€

（3）巷道表面位移監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析。從下順槽的4個(gè)表面位移量變化（見圖5）中可以看出，從巷道頂?shù)滓平糠治觯马槻鄣牡纂看笥陧敯逑鲁亮?；從巷道兩幫移近量分析，左幫移近量大于右?guī)鸵平俊墓ぷ髅骈_采影響分析，巷道受采動(dòng)應(yīng)力影響不大，在工作面10m 內(nèi)表面位移量有較大變化，監(jiān)測(cè)期間兩巷表面位移的變形量都在正常的范圍內(nèi)，可以滿足巷道正常使用。

圖5 上、下順槽監(jiān)測(cè)斷面表面位移變化曲線

（4）巷道頂板離層量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析。頂板離層指示儀安裝完畢后，當(dāng)巷道頂板出現(xiàn)下沉?xí)r，各測(cè)點(diǎn)之間的距離就會(huì)伸長（用Δ1、Δ2、Δ3、Δ4表示各測(cè)點(diǎn)的變化量），即Δ1、Δ2、Δ3、Δ4值增大，其增大值即為各測(cè)點(diǎn)下方巖層的離層量。0～Δ1、Δ1～Δ2、Δ2～Δ3、Δ3～Δ4分別表示1.5m、1.5～3.0 m、3.0～4.5m、4.5～6.0m 范圍內(nèi)頂板的離層量。

從圖6可以看出，下順槽的頂板離層量均不大，最大的離層發(fā)生在頂板1.5～3.0m 范圍內(nèi)，其離層量在2～4mm，在錨桿錨固之外發(fā)生較小的離層，原因可能是在該范圍內(nèi)存在弱巖層或煤線；頂板1.5m 范圍內(nèi)的離層在0～1mm之間；頂板3.0～4.5m 和4.5～6.0m 范圍的離層量在1～2mm 之間，最大為3mm；上順槽的頂板離層量均不大，最大的離層發(fā)生在頂板1.5～3.0m 范圍內(nèi)，最大離層量為5 mm；頂板1.5m 范圍內(nèi)的頂板離層在0～1mm 之間；頂板3.0～4.5m 和4.5～6.0m 范圍的離層量在1～2mm 之間?？傮w巷道頂板離層量較小，說明下順槽錨桿支護(hù)質(zhì)量較好。

圖6 上、下順槽監(jiān)測(cè)斷面頂板離層變化曲線

通過對(duì)兩順槽錨固力、表面位移、頂?shù)装逡平亢晚敯咫x層量監(jiān)測(cè)結(jié)果的總體分析，兩巷的礦壓顯現(xiàn)小，工作面采動(dòng)應(yīng)力對(duì)兩巷的影響較小。錨固力、表面位移、頂?shù)装逡平亢晚敯咫x層量的變化都不大，表明兩順槽的支護(hù)形式、參數(shù)及斷面形狀選擇較合理，可以滿足生產(chǎn)和安全要求。

〔1〕侯朝炯，柏建彪，張 農(nóng).困難復(fù)雜條件下的煤巷錨桿支護(hù)〔J〕.巖土工程學(xué)報(bào)，2001（23）：84-88.

〔2〕李榮坤.采空區(qū)下回采巷道布置與礦壓顯現(xiàn)規(guī)律分析〔J〕.煤炭工程，2011：48-49.

〔3〕田伯權(quán).采空區(qū)下松軟煤層巷道圍巖穩(wěn)定性綜合控制技術(shù)與應(yīng)用〔J〕.煤炭技術(shù)，2006（9）：76-78.

〔4〕勾攀峰，辛亞軍，張 和.深井巷道頂板錨固體破壞特征及穩(wěn)定性分析〔J〕.中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，41（5）：6-9.

〔5〕侯朝炯，勾攀峰.巷道錨桿支護(hù)圍巖強(qiáng)度強(qiáng)化機(jī)理研究〔J〕.巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2000，19（3）：342-345.