燕子山矿井下顺槽巷道支护研究

王凤艮

摘 要：文章以燕子山矿309盘区工作面巷道为工程背景，针对本矿地质条件较为复杂及地压较大的特点，工作面顺槽大断面煤巷较难支护为研究目的，通过理论分析、工程实验、现场监测和数据分析，得出最佳的巷道支护方案，本次研究利用三种支护方案，利用激光测距仪和顶板离层仪分别对巷道位移量和顶板离层量进行监测，通过对支护效果的对比，得出能够确保巷道稳定与安全支护方案。

关键词：燕子山矿；煤巷支护；顶板离层；现场监测

巷道支护是矿井生产过程中的一项重要工作，也是一项较为复杂的系统工程。每个生产矿井都应将如何采用较低的支护成本达到较好的支护效果，保证矿井安全高效的生产，作为井下巷道支护的终极目标。

文章基于燕子山矿井下309盘区的实际生产地质条件，通过理论与实践相结合，分析与实践相论证的方法，对该矿井下巷道支护进行深入研究，以确定合理的支护方案，为安全生产服务。

1 井田概述

燕子山矿隶属于大同煤业股份有限公司，井田位于大同煤田西北边缘，井田面积为55.2936km2，生产规模为4.0Mt/a。

本矿井田地层倾角4～10°，井田构造属于宽缓褶曲带，矿井主采14号煤层赋存于山西组中下部，上距K8砂岩22.01～51.05m，平均33.26m，下距K7砂岩7.73m，煤层厚度为2.46～8.25m，平均4.52m。

本矿井田内14号煤层伪顶为砂质泥岩，约0.15～0.29m，随采随落；直接顶为泥岩，厚度16m左右。老顶为砂岩，厚约10m左右。底板岩性为泥岩，厚约6.23m。

随着矿井服务年限的增加，矿井所采煤层的井下生产地质构造及水文条件等更加复杂。在生产过程中，发现部分井下巷道局部变形较为严重，为了保证矿井生产安全，创建安全高效矿井，急需对矿井309盘区井巷支护进行论证，确定最为经济合理的支护方案。

2 现有井巷状况

该矿309盘区顺槽巷道采用矩形断面，锚网索支护，巷道净宽4.5m，净高2.6m，净断面11.70m2。

由于工作面走向长度较长、推进速度较慢，致使顺槽巷道局部巷道变形较为严重，局部出现冒顶现象，如图1[1]。

3 支护方案设计

根据该矿以往生产经验，顺槽巷道均采用锚杆进行支护。锚杆支护的关键是确定锚杆支护的间排距，本次研究根据该矿309盘区实际的巷道围岩岩性和强度、地质构造、地应力等因素，确定了三种支护方案进行比较。

本次研究采用动态研究方法，通过实验、监测、数据采集、数据分析和方案修改，最终确定最为经济合理的锚杆支护参数，符合矿井生产的实际需要[2] [3]。

4 支护工程实验

文章以309盘区8912工作面运输顺槽为研究对象，该巷道为矩形断面，锚网索支护，巷道净宽4.5m，净高2.6m，净断面11.70m2。根据理论计算的结果，巷道支护采取如下三个方案：

方案一：顶锚杆间排距为900mm×1000mm，帮锚杆间排距为1000mm×1000mm，顶锚索间排距为2000mm×2000mm。

方案二：顶锚杆间排距为900mm×900mm，帮锚杆间排距为900mm×900mm，顶锚索间排距为1800mm×1800mm。

方案三：顶锚杆间排距为800mm×800mm，帮锚杆间排距为800mm×800mm。顶锚索间排距为1600mm×1800mm。

实验对309盘区采用三种支护方案各施工150m顺槽巷道，同时组织工程技术人员进行监测。

5 监测方案

锚杆支护监测应在保证不破坏围岩结构的前提下实现对围岩支护结构的变形、应力、离层以及破坏状态等信息的快速量测，为及时修正支护设计提供可靠依据[4]。

5.1 监测方法及工具

（1）使用LBY-2型顶板离层仪对顺槽巷道顶板离层的情况进行监测；每种支护方案设3个监测点，全段巷道共设9个监测点。

（2）使用DT500型激光测距仪对顶底板和两帮位移移近量进行监测。

5.2监测结果分析

5.2.1巷道顶板离层数据分析

本次监测时间为巷道从开掘到形成的5个月，监测数据如下。

分析表1得知，支护方案一的顶板离层量明显接近顶板下沉极限50mm，需采取有效措施加强支护防止顶板事故发生。支护方案二的顶板离层量很好的将顶板下沉量控制在15mm范围内，处于顶板离层允许的控制值，同时支护强度明显小于方案三，经济效果显著。方案三顶板离层量相对较小，但可以看出支护强度明显过大，造成了过渡支护，经济效果不好。

5.2.2 巷道表面变形分析

本次研究針对每个支护方案，在顺槽巷道内各设三个巷道表面形变观测站，对9个监测站进行连续120天观测，得到巷道表面形变情况，监测数据见表2，巷道连续变形位移量见图2和3。

从表2可知，采用支护方案一进行顺槽巷道支护时，两帮的位移量及顶板下沉量较大，而采用支护方案二和方案三的位移量得到很好的控制。且两种方案顶板及两帮位移量较为接近，皆为控制在巷道允许的变形范围内。而方案二支护成本明显优于方案三，因此方案二为最佳支护方案。

4.2.3 巷道支护方案选择

选择支护方案：顶锚杆间排距为900mm×900mm，帮锚杆间排距为900mm×900mm，顶锚索间排距为1800mm×1800mm。支护布置方式详见顺槽巷道支护布置图4～6。

6 结束语

通过三组支护方案实验得出结论，当顶锚杆间排距为900mm×900mm、帮锚杆间排距为900mm×900mm、锚索间排距为1800mm×1800mm时，能够确保巷道稳定与安全，很好的控制住顶板的下沉量和巷帮的位移量。本次研究可为大同矿区类似开采条件下的矿井煤炭开采提供巷道支护方案参考，具有显著的借鉴意义。

参考文献

[1]崔廷锋，张东升，范钢伟.浅埋煤层大采高工作面矿压显现规律及支架适应性[J].煤炭科学技术，2011.

[2]赵庆彪，侯朝炯，马念杰.煤巷锚杆-锚索支护互补原理及其设计方法[J].中国矿业大学学报，2005.

[3]王碧清，黄永安，苗彦平.张家峁煤矿15201试采工作面矿压规律研究[J].陕西煤炭，2010.

[4]杨双锁.煤矿回采巷道围岩控制理论探讨[J].煤炭学报，2010.

[5]煤矿安全规程专家解读编委会.《煤矿安全规程》专家解读[M].徐州：中国矿业大学出版社，2011.