回采巷道支护参数确定方法及应用

毛加宁

(云南能源职业技术学院，云南 曲靖 655001)

回采巷道开挖后，煤体的原有应力平衡受到破坏，巷道围岩重新分布，巷道周边一定范围内，出现应力集中现象。当其应力大于煤体的极限应力时，巷道周边一定范围煤体会发生变形破坏，应力会得到解放，围岩将破碎并产生裂隙，从而形成松动圈。松动范围的大小，除受围岩强度、应力大小、巷道断面形成、断面大小等多种因素影响外，还与支护方式、支护参数等有很大的关系。因此，巷道围岩松动圈的大小，是确定巷道支护强度的重要依据，为巷道支护参数的设计提供了科学依据。

1 工程概况

云南兴云煤矿八采区8303工作面回采顺槽巷道属煤层巷道，煤层厚度7.6 ～ 8 m，平均厚度7.8 m，煤层成黑色块状结构，玻璃光泽，内生裂隙发育。通过钻孔取芯研究表明，煤层抗压强度为8.5 MPa，抗拉强度0.5 MPa，弹性模量为1300 MPa，说明该采区内的煤层属于偏软煤层。巷道断面按照矩形设计，宽4.5 m，高2.5 m，沿底板掘进。煤层的直接顶为砂质泥岩，平均厚度为1.66 m；老顶为砂质页岩，平均厚度为5.0 m；底板为砂质泥岩，平均厚度为1.5 m；以下是砂质页岩，厚度为2.2m。煤层中含有夹矸1层，平均厚度为0.3 m。由于煤层埋深较浅，而且顶板基岩较薄，平均仅为17.8 m，以上均为表土层结构，决定了该矿八采区回采巷道属于较难维护巷道。为了确定合理的支护参数，决定采用围岩松动圈支护理论来指导现场支护设计。

2 松动圈的测试

2.1 测孔的布置

围岩松动圈测试选在8303工作面回风巷道进行，采用巷道围岩(巷帮和顶板)打钻孔的手段，应用中国矿业大学生产的超声波无损检测分析仪完成实测工作。钻孔的测试深度最大为5.6 m。检测巷道断面的钻孔布置如图1、图2所示，AJHJ、BJHJ钻孔为帮孔，CJHJ、DJHJ为拐角处45°斜孔，EJHJ为顶板垂直孔，深度均为5.6m。

图1 巷道松动圈测试站布置

图2 检测钻孔布置图

2.2 测试结果分析

根据三个测站回采巷道围岩松动圈的超声波测试数据，对其特征进行分析，得出结论如下：

AJHJ、BJHJ钻孔的速度分布图特征为：距顶板0.4～0.6m范围围岩有松动，波速仅为1578m/s；在1.0～1.4m高度，岩层又出现离层松动，波速为1530～1566m/s；深度大于2.4m，岩石的波速为973～1305m/s，表明该范围内(2.4～3.2m)波速最低，围岩离层松动程度最高。

CJHJ、DJHJ钻孔的速度分布特征是：距顶板1m以下岩层均有松动，波速为1334～1680m/s；在1.4～1.6 m高度范围内，岩层离层松动明显，波速为1036m/s；深度在2.8～3.2m范围内，岩石的波速为909～1185m/s，表明该范围内波速最低，围岩离层松动程度最高。

EJHJ钻孔的速度分布测试结果是：在顶板0～3.2m，即整个钻孔深度的范围内，围岩波速都很低，变化在840～1495m/s，表明该孔3.2m深度范围内的围岩均在离层松动圈内。此孔的围岩松动范围测试结果，完全符合回采巷道的实际情况。之所以如此，是因为该孔距护巷煤柱最近，距未受采动影响的实体煤最远，且受首采工作面的采动支承压力影响最严重。

根据测试结果，可得到如下认识：巷帮的松动范围1～1.2m，平均1.1m；拐角处斜孔的松动范围0.4～1.6m，平均为1.0m；顶板岩层松动范围3.2m，离层松动发育程度和规模最大，在整个钻孔深度上均有松动现象。断面总体松动范围为1.77m。

3 巷道支护参数的选择

以松动圈测试结果为依据，按照松动圈支护理论并结合工程类比，对巷道支护参数进行优化设计，最终确定采用锚带索联合支护。锚杆及锚索布置如图3所示。确定相关参数如下：

(1)巷道顶板采用6套等强预拉力螺纹钢锚杆(靠近低帮的两套锚杆同两帮锚杆)加4.2m长M4型钢带、菱形金属网联合支护，锚杆规格为M22-Φ20×2400mm(配锻打螺母)。采用加长锚固方式，每套锚杆采用两节Z2550型中速树脂药卷加长锚固；锚杆间距800mm，排距900mm。锚杆预紧力不小于50kN，锚固力不低于120kN。

(2)巷道高帮采用4套等强预拉力螺纹钢锚杆加2.8m长M3型钢带、菱形金属网联合支护，锚杆规格为M22-Φ20×2200mm。采用加长锚固方式，每套锚杆采用两节Z2550型中速树脂药卷加长锚固；锚杆间距为850mm，排距为900mm。锚杆预紧力不小于40kN，锚固力不低于80kN。

(3)巷道低帮采用3套等强预拉力螺纹钢锚杆加2.0m长M3型钢带、菱形金属网联合支护，锚杆规格为M22-Φ20×2200mm。采用加长锚固方式，每套锚杆采用两节Z2550型中速树脂药卷加长锚固；锚杆间距为900mm，排距为900mm。锚杆预紧力不小于40kN，锚固力不低于80kN。

图3 回采巷道锚杆、锚索布置图

(4)在顶板每隔1.8m布置一套单锚索支护系统，沿顶板中线布置锚索钻孔，眼孔深度6.0m，

锚索与顶板垂直，钢绞线规格为Φ17.8m×6.3m。每孔采用一节K2550快速树脂药卷和三节Z2550中速树脂药卷加长锚固，以保证锚固效果；预紧力80kN以上，帮、顶锚杆预紧扭矩不低于150N·m，采用MQS-90J2气扳机二次加扭。

4 巷道支护效果分析

2009年6月采用新设计的支护参数，对8303工作面回采巷道实施支护，取得了良好的支护效果。截至目前，巷道基本没有发生变形破坏，实测巷道的两帮、顶底板收敛分别为95 mm和82 mm，顶板最大沉降速率为 9 mm/d，最小沉降速率为0.5 mm/d，两帮的最小移近速率为0.8 mm/d，完全满足安全生产要求。

5 结 论

(1)运用松动圈测试仪对该矿8303工作面回采巷道的松动圈在1.8～2.6m，掌握了采动影响下松动圈的发展范围，为巷道支护参数的确定提供了可靠依据，取得了理想的效果，值得推广应用。

(2)围岩松动圈的测试结果，是运用围岩松动圈支护理论提出支护设计参数的依据。因此，测试仪器、测站布置、测孔的大小以及水的耦合效果，都至关重要。

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