云泉煤業(yè)15103 運(yùn)輸順槽掘進(jìn)支護(hù)參數(shù)優(yōu)化

王 磊 田 敬

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

1 工程概況

山西高平科興云泉煤業(yè)有限公司15103 工作面運(yùn)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?guī)r，層位穩(wěn)定，厚度大，局部為泥巖。底板為灰黑色泥巖，局部可能出現(xiàn)灰色鋁土質(zhì)泥巖。15103 工作面北部為回風(fēng)大巷、膠帶大巷和軌道大巷，西部為15101工作面采空區(qū)，東部為實(shí)體煤。

15103 工作面運(yùn)輸順槽設(shè)計(jì)長度為2060 m，沿15 號煤層頂板掘進(jìn)。掘?qū)?000 mm，掘高3100 mm，巷道斷面為15.5 m2。在巷道掘進(jìn)過程中由于原支護(hù)參數(shù)不合理，導(dǎo)致在掘進(jìn)過程中圍巖應(yīng)力較集中，頂?shù)装鍑鷰r最大移近量可達(dá)715 mm，兩幫圍巖最大移近量可達(dá)525 mm。巷道圍巖變形問題亟待解決，需根據(jù)對已掘300 m 巷道的現(xiàn)場實(shí)際情況來優(yōu)化支護(hù)參數(shù)。

2 支護(hù)優(yōu)化

2.1 原支護(hù)存在的問題

（1）原支護(hù)頂板未配備W 型鋼帶，起不到和錨桿聯(lián)合支護(hù)的作用，導(dǎo)致頂板圍巖不穩(wěn)定性增大。相同錨桿預(yù)緊力作用下，配備W 型鋼帶對不穩(wěn)定圍巖效果更佳，能起到良好的支護(hù)效果。

（2）現(xiàn)場錨桿支護(hù)作業(yè)人員未按照巷道設(shè)計(jì)要求施工，導(dǎo)致錨桿、錨索不符合設(shè)計(jì)間排距，錨固力和預(yù)緊力也未達(dá)到規(guī)定值，從而導(dǎo)致巷道來壓后頂?shù)装寮皟蓭蛧鷰r變形量較大。

（3）經(jīng)現(xiàn)場實(shí)地觀測發(fā)現(xiàn)，15103 工作面運(yùn)輸順槽破碎段較多，原支護(hù)設(shè)計(jì)頂板和兩幫錨桿排距為1500 mm，排距過大導(dǎo)致現(xiàn)場支護(hù)效果不佳，需縮小錨桿排距進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)。

2.2 支護(hù)參數(shù)優(yōu)化

通過分析原支護(hù)不足之處，對15103 運(yùn)輸順槽采用錨網(wǎng)索+W 鋼帶聯(lián)合支護(hù)，并對其支護(hù)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化[1-8]，保證巷道圍巖穩(wěn)定性。圖1 和圖2 為15103 運(yùn)輸順槽優(yōu)化后支護(hù)斷面和平面圖，具體的支護(hù)參數(shù)如下：

圖1 優(yōu)化后支護(hù)斷面圖（mm）

圖2 優(yōu)化后支護(hù)平面圖（mm）

（1）頂部支護(hù)。巷道頂板錨桿采用規(guī)格為Φ22 mm×2400 mm 的MG500 高強(qiáng)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(cè)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(lián)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(guī)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(guī)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(yù)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(guī)格為長×寬×厚=300 mm×300 mm×16 mm 穹型多功能鋼板托板。網(wǎng)片采用Φ4 mm～Φ6 mm 的鋼筋焊接，規(guī)格為2800 mm×1400 mm。

（2）幫部支護(hù)。巷道幫部錨桿采用規(guī)格為Φ22 mm×2000 mm 的MG500 高強(qiáng)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(cè)4 根幫錨桿，幫部錨桿扭矩為200 N·m。錨桿搭配幫鋼帶規(guī)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(guī)格為150 mm×150 mm×10 mm 穹型鋼托盤。兩幫網(wǎng)片采用12#鐵絲編制而成的菱形網(wǎng)，網(wǎng)規(guī)格為3000 mm×1400 mm，網(wǎng)格50 mm×50 mm，網(wǎng)片間搭接100 mm，每隔200 mm 聯(lián)網(wǎng)2 道，每隔100 m 鋪2排絕緣網(wǎng)。

3 支護(hù)效果分析

原支護(hù)方案下15103 工作面運(yùn)輸順槽試驗(yàn)段為巷道前300 m，巷道300 m 后為優(yōu)化后的支護(hù)方案和參數(shù)，通過選取有代表性圍巖并在巷道內(nèi)布置測點(diǎn)來觀測新支護(hù)方案和原支護(hù)的頂?shù)装寮皟蓭鸵平?。觀測周期為50 d，觀測頻率為5 d/次。觀測數(shù)據(jù)匯總得圖3 所示為15103 工作面運(yùn)輸順槽圍巖位移曲線圖。

由圖3 可知，15103 工作面運(yùn)輸順槽原支護(hù)方案在0～28 d 內(nèi)巷道頂?shù)装寮皟蓭蛧鷰r變形量較大，28 d 后圍巖變形量增加不明顯，原支護(hù)方案下頂?shù)装逡平孔畲罂蛇_(dá)715 mm，兩幫圍巖移近量最大可達(dá)525 mm。采用優(yōu)化后的支護(hù)方案后，巷道圍巖位移在0～22 d 內(nèi)逐漸增加，22 d 后圍巖變形量逐漸趨于穩(wěn)定，新支護(hù)方案下頂?shù)装逡平孔畲罂蛇_(dá)392 mm，兩幫圍巖移近量最大可達(dá)210 mm。與原支護(hù)方案相比，新支護(hù)方案頂?shù)装逡平繙p少45.2%，兩幫移近量減少60%。結(jié)合頂板離層監(jiān)測和錨索壓力監(jiān)測數(shù)據(jù)可知，巷道頂板離層量為1～2 mm，錨索承載在15 MPa 穩(wěn)定波動。由此可證明，15103 運(yùn)輸順槽采用優(yōu)化后的支護(hù)方案可有效地控制巷道頂?shù)装寮皟蓭蛧鷰r變形量。錨網(wǎng)索+W 鋼帶聯(lián)合支護(hù)提高了巷道圍巖的承載能力，支護(hù)效果良好。

圖3 15103 工作面運(yùn)輸順槽圍巖位移曲線圖

4 結(jié)論

通過現(xiàn)場應(yīng)用可知，15103 運(yùn)輸順槽采用錨網(wǎng)索+W 鋼帶聯(lián)合支護(hù)加強(qiáng)了巷道圍巖整體的穩(wěn)定性，優(yōu)化后的支護(hù)方案和參數(shù)經(jīng)過現(xiàn)場圍巖變形量監(jiān)測、頂板離層和錨索壓力監(jiān)測數(shù)據(jù)可知，新支護(hù)方案較原支護(hù)頂?shù)装逡平繙p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(yōu)化后支護(hù)參數(shù)的可行性。