昊錦塬煤礦東翼輔運大巷支護參數(shù)優(yōu)化

白 喆

(山西煤炭運銷集團 蒲縣昊錦塬煤業(yè)有限公司，山西 臨汾 041200)

隨著淺部煤炭資源的不斷開采殆盡，多數(shù)礦井現(xiàn)已進入深部開采階段[1-2]。隨著開采深度的不斷增加，影響開采的災害因素也日益增多，較淺部開采而言，深部開采產(chǎn)生的沖擊地壓、礦壓顯現(xiàn)劇烈、巷道大變形等災害嚴重制約著煤礦安全生產(chǎn)。對此，大量學者進行了相關(guān)研究：何滿朝等[3-5]針對深部開采與淺部開采的不同區(qū)別，建立了深部開采的概念體系及評價指標，提出深部開采的非線性力學理論；姜耀東等[6]結(jié)合我國沖擊地壓力學機理，建立了三種力學模型，提出了沖擊地壓的治理需注意采動應力及其時空演化規(guī)律的共同影響因素；張勇等[7]基于理論分析、數(shù)值模擬方法，分析得出深部開采巷道大變形的原因是由于復雜的高應力場相互疊加所產(chǎn)生的；孫曉明等[8]通過力學分析，得出深部開采巷道在變形過程中積聚了大量的彈性變形能，提出了多種支護形式的耦合支護體系并現(xiàn)場應用，取得了良好的效果。

昊錦塬煤礦東翼輔運大巷沿9號煤層頂板布置，巷道平均埋深400 m左右，凈寬5.0 m，凈高3.5 m，凈斷面17.5 m2，屬于典型的深部大斷面巷道。當頂板為K2石灰?guī)r時，頂板完整性較好，節(jié)理、層理不發(fā)育，圍巖分類結(jié)果為II級，圍巖穩(wěn)定；當頂板為泥巖和K2石灰?guī)r時，頂板呈黃泥裹碎石狀，卡鉆或錨固劑丟失現(xiàn)象嚴重，支護效果差。結(jié)合礦井實際遭遇的問題，有必要對東翼輔運大巷支護參數(shù)進行優(yōu)化設計。

1 工程概況

昊錦塬煤礦為9+10號煤層聯(lián)合開采，煤層平均厚度5 m，東翼輔運大巷沿9號煤層頂板掘進，巷道凈寬5.0 m，凈高3.5 m，直接頂為泥巖，厚3.1 m，老頂為石灰?guī)r，厚8.11 m，部分區(qū)域出現(xiàn)石灰?guī)r和泥巖互層情況，底板為泥巖，厚4 m。石灰?guī)r段整體支護效果良好，但遭遇泥巖時，存在卡鉆、錨固劑丟失等現(xiàn)象，巷道圍巖整體支護效果較差。

東翼輔運大巷采用“錨桿+錨索+金屬網(wǎng)”聯(lián)合支護。頂板采用D20 mm×2 400 mm的左旋無縱筋等強螺紋鋼錨桿，間距1 000 mm，排距1 100 mm；錨索采用D17.8 mm×6 300 mm的鋼絞線，排距為2 200 mm，每排一根；兩幫選用D18 mm×1 800 mm的左旋螺紋鋼錨桿，間距1 000 mm，排距1 100 mm；金屬網(wǎng)用D6.5 mm的鋼筋焊接，網(wǎng)孔尺寸為100 mm的正方形，網(wǎng)片搭接寬度為100 mm，用16號鐵絲三花式捆綁，扭結(jié)3圈，每間隔200 mm進行捆綁一次，支護斷面見圖1。

圖1 東翼輔運大巷原支護斷面(mm)

由于東翼輔運大巷直接頂為泥巖，頂板內(nèi)部含植物根莖化石，自身強度較弱，隨著巷道服務年限不斷增長，巷道局部支護效果較差，且由于頂部采空區(qū)淋水的緣故，頂板泥巖遇水后逐漸出現(xiàn)泥化現(xiàn)象，局部破碎后容易造成巷道失穩(wěn)；結(jié)合礦井當前支護參數(shù)，頂板采用“一索五桿”型錨固支護方式，整體穩(wěn)定性略顯不足，故有必要對巷道支護進行優(yōu)化設計。

2 優(yōu)化方案設計

由于東翼輔運大巷破碎主要集中在幫部與頂板，巷道底板完整情況相對較好，故擬通過優(yōu)化頂錨桿的支護參數(shù)，在保證安全的前提下節(jié)約巷道支護成本，具體支護方案如下。

頂板采用D20 mm×2 400 mm的左旋無縱筋等強螺紋鋼錨桿，間距900 mm，排距1 000 mm；錨索采用D17.8 mm×6 300 mm的鋼絞線，間距為1 800 mm，排距2 000 mm，每排兩根；兩幫選用D18 mm×1 800 mm的左旋螺紋鋼錨桿，間距900 mm，排距1 000 mm；金屬網(wǎng)用D6.5 mm鋼筋焊接，網(wǎng)孔尺寸為100 mm的正方形，網(wǎng)片搭接寬度為100 mm，用16號鐵絲三花式捆綁，扭結(jié)3圈，每間隔200 mm進行捆綁一次。優(yōu)化后的支護斷面見圖2。

圖2 東翼輔運大巷優(yōu)化支護斷面(mm)

3 效果分析

在東翼輔運大巷原支護效果較差的地段選取長度為100 m的范圍進行現(xiàn)場工業(yè)性試驗，并在試驗段中部采用十字布點法布置表面位移觀測站，對巷道變形情況進行了為期30 d的觀測，觀測結(jié)果如圖3所示。由圖3可知，采用優(yōu)化支護后的東翼輔運大巷單日頂板下沉量不超過2 mm，兩幫移進量單日增加量不超過1 mm，最終頂板最大下沉量在23 mm左右趨于穩(wěn)定，兩幫移進量在11 mm左右趨于穩(wěn)定，支護效果很好。

圖3 優(yōu)化后巷道變形監(jiān)測結(jié)果

4 結(jié) 語

針對昊錦塬煤礦東翼輔運大巷頂板巖性復雜，部分區(qū)段頂板破碎，巷道穩(wěn)定性差的情況，通過分析，本著既能提高巷道支護強度，保證巷道穩(wěn)定，又能節(jié)約成本的原則，提出了優(yōu)化方案，優(yōu)化后的方案較原方案雖然在單位計算范圍內(nèi)僅增加了一根錨索和一根錨桿，但圍巖塑性區(qū)破壞范圍較原方案減少了30%，大幅提高了巷道圍巖的穩(wěn)定性，保證了東翼輔運大巷的長期使用。