砂墩子煤矿猴车巷支护技术研究与工程实践

米建强

摘要： 针对砂墩子煤矿猴车巷巷道两帮受压变形明显、巷道支护工程量大等问题，为达到最大限度地保障安全生产、提高掘进速度和控制围岩稳定的目的，决定优化既有巷道支护方案。通过巷道破坏变形分析、围岩地质力学测试和动态信息支护设计法，提出了三种支护方案，采用“锚网索梁喷”支护，优化了支护方案，在后期的工程实践中，取得了良好的效果。

Abstract： In view of the problems that the compressive deformation of the two sides of Houche Lane roadway of Shadunzi Coal Mine is obvious and roadway support requires large constructin quantity， and in order to ensure production safety， improve the tunnelling speed and control the surrounding rock stability， we decided to optimize the existing roadway support scheme. Through roadway destruction deformation analysis， surrounding rock geological mechanics test and dynamic information supporting design method， three support schemes are put forward. Wire mesh cable beam spray support is used to optimize the support scheme and good effect has been achieved is the later construction.

關键词： 开拓巷道；支护优化；地质力学测试；锚杆支护

Key words： roadway opening；support optimization；geological mechanics test；bolting

中图分类号：TD353 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）09-0114-03

1 工程背景

砂墩子煤矿猴车巷沿4号煤层顶板掘进，是为矿井北1采区、北2采区和南翼采区通风、运人服务的永久性巷道，巷道北侧为集中辅运大巷，南侧为S4001回采工作面，巷道直接顶以砂质泥岩为主，遇水易软化、遇风易泥化，故该巷道初始设计参照与其地质条件相近的集中辅运大巷的支护设计采用了锚网索喷+29U钢联合支护（如图1）。在巷道施工了400m后经实地观测后发现该支护变形量大尤其是靠近S4001回采工作面帮变形严重，且巷道支护密度过大、工程量大、成本高，严重威胁安全生产，影响掘进进度和采掘衔接。基于此本文通过综合考虑巷道围岩性质、实地测试垂直、水平应力和巷道南北两帮压力不平均的实际情况提出新的支护方法以求支护科学性和安全性，达到减少巷道掘进量、减化劳动强度、提高生产效率的目的。

2 原支护方案及破坏变形分析

2.1 原支护方案

断面为半圆拱（如图1），采用29U型钢+锚网索喷联合支护，锚杆选用Φ22×2400mm左旋无纵筋螺纹钢，间排距1000×900mm；锚索采用？覫18.96×6300mm钢绞线，间排距1600×1800mm；双金属网采用？覫6.5mm圆钢制作；29U型钢棚，棚间距900mm，；喷射混凝土强度为C20，喷浆厚度321mm。

2.2 分析

①原支护方案采用联合支护，该支护方案支护刚度较大但对整体支护强度的提高不明显，未考虑砂墩子煤矿猴车巷水平应力较大、两帮压力不平均的实际条件从而未对巷道帮部支护进行加强，而且巷道左帮靠近S4001回采工作面，矿压显现更加明显。

②一次锚网支护锚杆间排距过大、预紧力低导致总体支护强度不高，造成大断面巷道破坏变形，加之原有锚网支护参数设计存在不合理，使部分锚杆随着围岩变形或失效，从而未能形成完整的锚固结构。

③二次架棚支护属被动支护且支护前前巷道围岩已发生破坏，已超出巷道有效控制的最佳时期，架棚时背帮背顶不实、喷浆支护滞后等都对巷道围岩体的加速破坏变形提供了空间，最终导致二次架棚支护依然未能有效控制围岩稳定[1-2]。一次支护与二次支护不协调，这种仅仅考虑加强巷道支护刚度不考虑有效控制围岩稳定的支护思路不适应目前的支护要求。

3 巷道围岩地质力学测试

测点位于轨回联巷，该处距猴车巷直线距离为30m，测点处巷宽3.7m，巷道3.5m，埋深413m，U钢+锚网索支护。

3.1 测试的第一项是围岩结构观测，采用电子钻孔窥视仪进行观测，其结果如图2及表1所示。

4#煤层底板以粉、细砂岩为主，局部为中、粗砂岩。

3.2 测试第二项是地应力测试，根据测试，其具体结果如表2所示。

根据判断标准0～10MPa为低应力区，10～18MPa为中等应力区，因此判断所测区域应力区域应力场从量级上划分属于中等应力值区域。

从测试结果来看，测点最大水平应力大于垂直主应力，测点最大水平应力方向为N36.2°W，在进行巷道支护设计和巷道破坏原因分析时应该考虑应力场类型和最大水平应力方向的综合影响作用。

3.3 测试第三项是围岩强度测试，地应力测试结束后，在测控中利用WQCZ-56型围岩强度测试装置对顶板以上及巷帮10m范围内的煤岩体进行原位强度测试，测试数据经过统计、分析和换算后得到该测点顶板和煤体强度分布情况如图3、图4。

4 新支护方案

4.1 支护参数确定的依据

临近工作面类似巷道现有支护状况和地质条件、地质资料以及地质力学测试数据、数值模拟计算结果、现有科技成果和工程实践经验[3-5]。

4.2 数值模拟计算及方案对比

结合猴车巷组采掘条件及地质力学测试结果，建立数值计算模型。进行了三个方案的模拟计算，分别为：

方案一：顶板锚杆间排距800×800mm，帮锚杆间排距800×800mm，帮锚索排距900mm，左右两帮各一根。

方案二：顶板锚杆间排距900×900mm，帮锚杆间排距900×900mm；帮锚索排距900mm，左帮两根，右帮一根。

方案三：顶板锚杆间排距1000×1000mm，帮锚杆间排距1000×1000mm，帮锚索排距1800mm。

从表3中可以看出，当锚杆间排距较小时，控制变形有一定的效果，间排距变大时，变形随之变大，帮锚索对控制两帮的变形起到重要作用；但锚杆间排距过小会导致支护成本增加、掘进速度变慢，因此应取合理的支护密度，使得支护经济合理，而变形量又在可控范围内。结合表中变形量数据，选择方案二作为最佳方案。

4.3 新支护方案参数设计

根据方案二结果可知，一次锚网索喷支护即可有效保持围岩稳定，因此新设计方案采用“锚-网+索+梁+喷”支护形式，其设计如图5所示，支护参数如下：

①巷道掘进方案及断面：巷道断面呈矩形，掘进宽5.3m，掘进高3.75mm，沿4#煤层顶板掘进。

②锚杆参数：锚杆间排距为900×900mm，矩形布置，锚杆为22#左旋无纵筋螺纹钢，长度2400mm，采用两支树脂锚固剂，一支规格为MSCK2335，另一支规格为MSK2360，锚固力不低于127kN，预紧力300N·m。

③锚索参数：帮锚索长度4300mm，靠近回采面的帮部（即左帮）打设两根，分别距底板1000mm、2500mm，远离回采面一侧（即右帮）每排一根，距底1000mm，排距1800mm，在无顶锚索排打设，锚索预紧力要求达到250kN。顶锚索长度6300mm，间排距1800×1800mm，采用一支MSCK2335树脂锚固剂和两支MSK2360树脂锚固剂，锚索张拉要求达到300kN。

④网片参数：10#铁丝金属网，网孔规格50×50mm，网片搭接100mm，用16#铁丝联接，双丝双扣，孔孔相连。

⑤锚杆托梁参数：锚杆托梁采用Φ12mm钢筋焊制的托梁，托梁横梯采用双钢筋满焊加工，要求锚杆限位孔中心距900mm。锚杆托梁将沿同一断面的锚杆成排连接，呈横向布置。

⑥喷浆支护：国内外的经验都表明，喷层一般在100～300mm之间。当喷层厚度小于100mm时，由于材料的收缩而常常导致喷层的渗水和结构的破坏，故新支护方案选取喷浆厚度为150mm。

5 实践效果观测

新支护效果观测结果见表4。

6 结论

①针对砂墩子煤矿猴车巷在巷道支护方面存在的主要问题，通过现场测试、理论分析、现场工业试验等手段，系统地分析了围岩地质力学状态、巷道围岩变形破坏的原因、优化支护材料刚度和强度匹配和支护参数，提高了支护系统的合理性，实现一次支护、保持巷道围岩稳定，大大减少了掘进量、支护量和工人的劳动强度，大幅加快了巷道掘进速度，保障了矿井掘进衔接。

②支护设计经本次优化后，在巷道掘进过程中围岩迅速达到稳定状态，基本避免了巷道“前掘后修、反复维修、套棚修复”的局面，由此大大降低了巷道的维修工程量和维护费用，属于一项安全工程、效益工程。

③本次支护设计优化采用高预应力一次支护系统，在保证锚杆（索）支护系统的可靠性的同时，大幅减少了支护密度和劳动强度，提高了巷道围岩支护可靠性，避免了巷道长期连续的变形与破坏，杜绝了冒顶事故的发生，最大程度地保证了巷道支护的安全，为矿井安全生产奠定基础。

参考文献：

[1]董方庭，姚玉煌等主編.井巷设计与施工[M].中国矿业大学出版社，2003.

[2]吴拥政.煤矿井下巷道锚杆施工质量控制技术.地下开采现代技术理论与实践新发展[M].煤炭工业出版社，2007，577-581.

[3]康红普，王金华.煤巷锚杆支护理论与成套技术[M].煤炭工业出版社，2010.

[4]煤炭工业部组织编写.矿井开拓与巷道布置的改进[M].煤炭工业出版社，2001.

[5]路耀华.中国煤矿建井技术[M].徐州：中国矿业大学出版社，1995.