一次使用順槽巷道低密度高強度支護技術(shù)研究

李云崗

（晉能控股煤業(yè)集團寺河礦，山西 晉城 048000）

成莊礦是晉能控股煤業(yè)集團的主力礦井，主要開采3#煤，采用放頂煤和大采高開采方法。由于大采高工作面順槽巷道斷面大，導(dǎo)致巷道支護所需的錨桿和錨索數(shù)量也明顯增加，增大了成巷中的支護工作量，減慢了成巷速度，嚴重影響了礦井的采掘銜接[1-2]。因此，為了使大采高順槽成巷速度不耽誤工作面回采，滿足礦井生產(chǎn)要求，需要對一次使用順槽巷道開展降低支護密度同時保證支護強度的低密度高強度支護技術(shù)研究。

1 概況

4322 工作面開采3#煤層，工作面埋深約400 m，順槽43223 巷為一次使用順槽巷道，是低密度高強度支護技術(shù)研究的試驗巷道，43223 巷與43222 巷之間的煤柱寬25 m。巷道布置如圖1。工作面煤層厚度平均為5.91 m，通過井下巷道鉆孔現(xiàn)場測試煤體強度為10.05～21.20 MPa，煤層內(nèi)生節(jié)理裂隙發(fā)育，局部煤質(zhì)松軟破碎，顯著降低了圍巖強度[3-4]。受工作面回采動壓影響后巷道煤巖體強度將進一步降低，給巷道支護帶來一定困難。43223 順槽巷道設(shè)計斷面為矩形，設(shè)計寬度5500 mm，高度3500 m，掘進斷面面積為19.25 m2。

圖1 4322 工作面巷道布置示意圖

2 不同支護密度下巷道穩(wěn)定性分析

為了確定適宜的支護密度，得到合理的錨桿和錨索排距，分析低密度高強度支護技術(shù)的圍巖變形控制效果。采用FLAC3D數(shù)值模擬軟件對不同錨桿排距、錨索排距進行模擬，模擬分為4 個方案。方案1：錨桿排距1.0 m，錨索排距2.0 m；方案2：錨桿排距1.1 m，錨索排距2.2 m；方案3：錨桿排距1.2 m，錨索排距2.4 m；方案4：錨桿排距1.3 m，錨索排距2.8 m。

不同支護方案下巷道的圍巖變形情況如圖2 和圖3。由圖2、圖3 可知，采用方案1 的巷道頂板下沉量為70 mm，兩幫移近量為50 mm；采用方案2 的巷道頂板下沉量為72 mm，兩幫移近量為51 mm；采用方案3 的巷道頂板下沉量為80 mm，兩幫移近量為60 mm；采用方案4 的巷道頂板下沉量為90 mm，兩幫移近量為70 mm。

圖2 掘進期間43223 巷水平位移

圖3 掘進期間43223 巷垂直位移

43223 巷道為一次使用順槽巷道，經(jīng)過4 個方案的對比，綜合選擇方案2 為43223 巷道的低密度高強度支護技術(shù)方案。該方案可保障巷道安全使用，有效控制圍巖的有害變形，并且一定程度減少了巷道支護工作量。

3 低密度高強度支護設(shè)計

根據(jù)以上數(shù)值模擬分析結(jié)果，采用方案2 的具體支護設(shè)計如下：

（1）巷道頂板支護

頂板采用直徑為22 mm 的左旋無縱筋螺紋鋼筋錨桿，錨桿長2400 mm，錨桿桿尾螺紋為M24。設(shè)計鉆孔直徑30 mm，錨固劑為一支MSK2335 和一支MSZ2360，錨固長度1208 mm，設(shè)計錨桿扭矩400 ～550 Nm。采用規(guī)格為5900 mm×1200 mm 的金屬網(wǎng)護頂，W 鋼帶規(guī)格為W235/280/4-4900-5，采用規(guī)格為150 mm×150 mm×10 mm 的高強度拱型托板。錨桿間距1150 mm，排距1100 mm，每排布置5 根錨桿，錨桿垂直于巷道頂板打設(shè)。

頂板采用直徑為22 mm、長度7400 mm 的錨索，設(shè)計鉆孔直徑30 mm，錨索錨固劑為一支MSK2335和兩支MSZ2360，錨固長度1970 mm。錨索呈2-0-2布置，錨索排距2200 mm，錨索間距2000 mm，錨索距離巷幫1750 mm，預(yù)緊力250 kN。采用300 mm×300 mm×16 mm 高強度可調(diào)心拱形托板及配套鎖具。

（2）巷道幫部支護

巷幫的錨桿形式和規(guī)格、錨固方式、托板規(guī)格均與頂板相同。巷幫W 鋼護板采用規(guī)格為280 mm×400 mm×4 mm，四邊壓邊。巷幫采用規(guī)格為3500 mm×1200 mm 的金屬網(wǎng)片護幫。

幫部錨桿間距1200 mm，排距1100 mm，每排3 根錨桿，錨桿均垂直于巷幫打設(shè)。

43223 巷低密度高強度錨桿支護布置如圖4。

圖4 43223 巷道支護斷面圖（mm）

4 現(xiàn)場試驗效果

為了檢驗一次使用順槽巷道低密度高強度支護技術(shù)的井下實際應(yīng)用效果，在43223 巷布置表面位移測站，監(jiān)測巷道在掘進期間和回采期間的圍巖表面位移量，監(jiān)測結(jié)果如圖5 和圖6。由圖5、圖6 可知，43223 巷在掘進期間兩幫最大移近量為32 mm，頂板下沉量最大值15 mm，掘進期間巷道變形量很小。43223 巷回采期間的兩幫最大移近量為78 mm，頂?shù)装逡平繛?17 mm，其中頂板下沉量為49 mm，底鼓量為68 mm。

圖5 掘進期間43223 巷表面位移監(jiān)測曲線

圖6 回采期間43223 巷表面位移監(jiān)測曲線

由監(jiān)測結(jié)果可知，43223 巷采用低密度高強度支護技術(shù)可有效地控制圍巖變形，保證了一次順槽巷道的安全使用和服務(wù)工作面的安全回采，減少了支護工程工作量，提高了成巷速度和效率，為礦井高效生產(chǎn)提供了技術(shù)保障。

5 結(jié)論

通過數(shù)值模擬對比分析得到成莊礦43223 巷一次順槽低密度高強度支護技術(shù)方案，現(xiàn)場應(yīng)用結(jié)果表明，采用該支護技術(shù)后43223 巷回采期間兩幫最大移近量為78 mm，頂?shù)装逡平繛?17 mm，巷道變形較小，在保證巷道穩(wěn)定的同時有效減少了支護工作量，對于提高巷道成巷速速、緩解采掘銜接緊張具有重要意義。