鳳凰山礦XV3207巷支護設計改進研究

關 昆

（山西晉煤集團鳳凰山礦，山西 晉城 048006）

鳳凰山礦XV3207巷錨桿支護參數(shù)比較保守，打設錨桿錨索的密度偏大，巷道掘進速度慢，采掘銜接緊張局面日益突出。為了緩解采掘銜接緊張的局面，提高巷道的掘進進尺，有必要采用數(shù)值模擬與現(xiàn)場試驗相結(jié)合的方法，對該巷道的支護參數(shù)進行優(yōu)化，總結(jié)出適合于XV3207巷的錨桿支護最優(yōu)化方案，提高掘進速度和生產(chǎn)效率。

1 概況

XV3207巷為XV 3304工作面進風順槽，蓋山厚度206.0～405.0m，平均330.1m。北為一五三盤區(qū)軌道巷、皮帶巷和回風巷（均已掘），東為XV3306工作面（已圈出），西為未采區(qū)，南為盤區(qū)邊界，上覆9號煤為老窯區(qū)和94307機采工作面。巷道布置如圖1所示。

圖1 XV3304工作面巷道布置圖

15#煤層厚度1.62～2.91m，平均2.28m，含一層平均0.40m厚的夾矸。偽頂為泥巖，厚度0.10～0.86m，平均0.42m，普氏硬度系數(shù)2.5；直接頂和基本頂均為K2石灰?guī)r，厚度8.61～9.97m，平均厚度9.48m，抗壓強度為80.88MPa，普氏硬度系數(shù)8.09。

工作面整體為一單斜構造，預計掘進至距巷口530～590m范圍內(nèi)將揭露陷落柱（X21）。

2 初始支護設計及支護評價

原巷道斷面設計掘進寬度為4.5m，高度2.6m，此巷道斷面為錨桿支護，每排3根，排距1000mm，間距1000mm。所有錨桿均垂直頂板打設，錨索直徑為Ф17.8mm，長度5300mm，鋼絞線抗拉強度為1860MPa，每4排錨桿打1根錨索，排距6000mm，垂直頂板巖層打設。錨索預緊力≥150kN。如圖2所示。

圖2 4.5m×2.6m斷面原支護設計圖

3207巷現(xiàn)階段支護能夠滿足要求，但巷道550m往后出現(xiàn)不同程度的形變，頂板和左幫圍巖變形較大，主要存在如下問題：

（1）原支護密度過大，掘進效率低，材料損耗嚴重。從現(xiàn)場圍巖觀測效果來看，巷道頂板巖層與錨固劑粘結(jié)良好，可適當增加錨桿錨索間排距[1]。

（2）幫部支護效果欠佳。通過對左右兩幫錨桿拉拔試驗可知，錨桿整體表現(xiàn)出扭矩大、預緊力小的特點，扭矩與預緊力的轉(zhuǎn)換系數(shù)不高，可改用減磨線圈或大功率漲拉儀器。

（3）現(xiàn)場錨網(wǎng)梁聯(lián)合支護體系用的是菱形網(wǎng)，護表強度不足，可改用護表效果更好的經(jīng)緯網(wǎng)，提高頂板和兩幫的護表效果[2]。

3 優(yōu)化設計

結(jié)合現(xiàn)場情況和試驗數(shù)據(jù)，對錨桿、錨索型號進行了重新選型，對頂錨桿的長度、間距和護網(wǎng)進行了重點優(yōu)化（表1）。

表1 3207巷斷面支護參數(shù)對比

對巷道斷面支護設計進行優(yōu)化，如圖3所示。

圖3 斷面優(yōu)化支護設計圖

此時錨桿排距1500mm，每排5根錨桿，間距1500mm；錨桿配件為減磨或尼龍墊圈，托板規(guī)格為150×150×8mm，網(wǎng)片采用經(jīng)緯網(wǎng)護頂，網(wǎng)孔規(guī)格50×50mm，每4排錨桿打1根錨索，排距6000mm，垂直頂板巖層打設。錨索預緊力≥150kN，其他支護參數(shù)不變。

4 試驗模擬

對前后數(shù)據(jù)進行試驗模擬分析，得前后支護對比模擬圖如圖4所示。

圖4 參數(shù)優(yōu)化前后效果對比圖

從上圖可以看出，參數(shù)優(yōu)化后頂板圍巖漸變量從-30mm變化為-10mm，下沉量也得到了極大改善，對頂板圍巖的約束能力也進一步提高，能夠有效控制頂板下沉變形[3]。還需對現(xiàn)場支護情況進行工業(yè)性試驗，并對實測數(shù)據(jù)和模擬數(shù)據(jù)進行對比參考。

5 工業(yè)試驗及效果

在XV3207巷700m往后使用新的支護設計，并進行了為期三個月的工業(yè)性試驗。經(jīng)過現(xiàn)場效果觀測可知，700m往后巷道圍巖保持穩(wěn)定，頂板基本沒有發(fā)生離層，兩幫移近量不超過10mm，頂?shù)装逡平坎怀^10mm，并且變形已經(jīng)穩(wěn)定，不再產(chǎn)生新的變形，有效控制了圍巖的變形移動。該結(jié)論與試驗模擬情況基本吻合。