集中胶带大巷巷道支护优化设计

(河南理工大学 河南 焦作 454000)



集中胶带大巷巷道支护优化设计

喻从伍颜雷黄磊

(河南理工大学河南焦作454000)

本文针对五阳煤矿集中胶带大巷的具体地质条件确定支护形式和参数，并对支护效果进行现场监测，对巷道岩控制技术进行了研究和分析，取得了良好的技术经济效益。

集中胶带大巷；支护形式；监测；围岩控制

一、地质概况

山西潞安环能股份有限公司五阳煤矿位于山西省襄垣县境内，是一座大型矿井，地理坐标为：东经112°58′25″～113°05′09″，北纬36°26′46″～36°33′47″。井田坐落于潞安矿区东北部，属黄土高原的低山丘陵地带，地势较为平坦，呈南高北低，西高东低。大多为黄士所覆盖，局部零星出露中奥陶系地层及二叠系地层，冲沟发育。最高点位于本区南文王山北断层附近，海拔为+945.50m，最低点位于漳河河谷，海拔+854.00m，最大高差为91.50m。

五阳煤矿集中胶带大巷地面位于南丰村南部、从西里村和东里村下方穿过。井下位置位于78皮带巷和主2皮带巷之间，从75-5#区段上方穿过，巷道主要在3#煤层顶板中掘进，穿越地层主要为泥岩、砂质泥岩、砂岩，掘进中局部地段将会揭露1#、2#煤层。

二、巷道所处不利条件分析

(1)巷道顶板淋水现象严重，破坏了顶板岩层的稳定性，根据现场考察可知，集中胶带大巷多处巷道顶板淋水，顶板水的长期浸泡会导致顶板岩层的强度降低，特别是软弱泥岩或者膨胀性泥岩，尤其会导致巷道顶板喷层开裂、剥落、巷道顶板下沉现象，巷道实际揭露的岩层为层状且有软弱夹层，此类围岩如在水的浸泡作用下，势必会减弱锚杆支护的效果，巷道围岩将不可避免会发生变形[1]。

(2)围岩岩性不一致、变形不均匀，将加剧巷道围岩的变形巷道实际揭露的岩层性质与该巷道附近钻孔地质柱状图不符，实际揭露的岩层多为层状和断裂现象较为明显的砂质泥岩，且层与层之间夹杂着较为软弱的类似软泥岩物质，巷道围岩较为破碎，围岩有明显的流变特性，具有典型的软岩特征。由于巷道围岩岩性不一致，且强度相差较大，在地应力作用下，其变形破坏必定不均匀。在分析巷道围岩的变形过程中，巷道围岩应作为一个整体看待，巷道两帮的变形、下沉将加剧顶板的下沉，同样顶底板的破坏将促使巷道两帮形成更大的应力集中，从而加剧巷道两帮的破坏深度[2]。从围岩稳定分类来看，该类巷道围岩属于“不稳定围岩”。

(3)锚杆托盘参数不合理，锚杆支护能力大打折扣。

该矿目前采用的支护方式和参数，很难有效控制巷道围岩的变形和破坏，建议采取有效措施，因地制宜的选择支护方式和支护参数，消除目前巷道支护中存在的安全隐患。

三、集中胶带大巷支护初步技术方案

根据集中胶带大巷地质条件，运用计算机数值模拟，结合类比法提出巷道支护的初步方案，根据现场观测后再考虑设计方案的调整和完善。

顶板为6根锚杆，间距850mm；两帮各4根锚杆，间距为1000mm，锚杆排距参照间距确定为1000mm，其具体支护参数为：

顶板锚索：采用1×7股高强度低松弛钢绞线制，直径17.8mm，长6.3m，有效长度6.0m左右，锚索间距1700mm，一排两根，排距2000mm，紧跟掘进迎头施工。锚索采用3卷Z2360树脂锚固剂锚固，理论锚固长度约为1.63m，在锚索锚固端1.5m处施加挡圈。锚索托盘采用300mm×300mm×16mm的高强球型托盘，锚索预紧力应≥150KN。遇煤层厚度变化较大的地段，锚索长度可根据需要调整，锚索应深入煤层顶板3～4m。

两帮锚杆：使用左旋螺纹钢高强锚杆，锚杆钢材屈服强度不低于400MPa，规格为Ф20×2000mm，配150mm×150mm×10mm高强拱形托盘和高强螺母，含调心球垫和减摩垫圈，为配套产品；钻孔直径为28mm，加长锚固，每孔两支树脂药卷，规格为K2335和Z2360各一卷，选用金属网和钢筋梯子梁护帮，为了便于弯曲以使锚杆能够贴紧巷道帮部，梯子梁采用10～12mm的钢筋自行制作(梯子梁钢筋比顶板稍细)，长度为3600mm，宽度80～85mm；金属网采用8#铅丝编制的经纬网或者菱形网，两帮金属网规格为3600mm×1100mm，网孔为40mm×40mm，相邻网搭接约100mm，铁丝钮扣联结。两帮锚杆预紧力矩应不小于150N·m。

四、现场试验效果

为分析集中胶带大巷支护技术方案后支护效果，在集中胶带大巷开口往里100m和150m处设置了两个测站，采用“十”字布点法布置观测点监测巷道顶底板及两帮移近量[3]。第一次测出数据后，以后隔一天测一次数据，观测一个月。

两测点的巷道两帮及顶底板变形趋势基本一致，都在掘巷后半个月内，围岩变形增长较迅速，而半个月后，巷道变形速率开始变小，20天左右变形量开始趋于稳定，顶底板移近量在90mm以内,两帮移近量在110mm以内。通过支护，提高了围岩稳定性，很好的控制了围岩变形，支护效果良好。

五、结论

总的来看，设计的支护方案下，巷道位移量达到一定的限度后不再发生变化，巷道围岩已处于稳定状态，且巷道的变形量都在允许变形量之内，说明所采用的支护方案能有效控制集中胶带大巷围岩变形，取得了良好的技术经济效益。并对类似条件下的巷道支护起到了重要的指导作用。

[1]鞠文君,付玉凯.我国煤矿巷道支护的难题与对策[J].煤矿开采,2015,(06):1-5.

[2]王平,姜福兴,王存文,孔令海.大变形锚杆索协调防冲支护的理论研究[J].采矿与安全工程学报,2012,(02):191-196.

[3]兰奕文.巷道支护分析[J].煤炭技术,2007,(04):64-67.

喻从伍(1995-)，男，汉族，安徽广德人，本科，河南理工大学能源科学与工程学院；颜雷(1979-)，男，壮族，广西百色人，本科，河南理工大学能源科学与工程学院；黄磊(1993-)，男，汉族，江西赣州人，本科，河南理工大学能源科学与工程学院。