官地矿28416工作面副巷锚杆支护效果与稳定性分析

王勇志

(西山煤电建筑工程集团有限公司矿建一公司，山西 太原 030053)

官地矿28416工作面副巷锚杆支护效果与稳定性分析

王勇志

(西山煤电建筑工程集团有限公司矿建一公司，山西 太原 030053)

官地矿28416工作面副巷掘进过程中遇到围岩波动范围大等问题使日常顶板管理困难，通过采用高预应力锚杆锚索支护系统的巷道支护形式并分别对顶板位移顶板离层以及锚杆锚索受力进行日常监测。监测结果表明，高预应力锚杆锚索支护系统很好地控制了官地矿28416工作面副巷围岩稳定性，且解决了综放托厚夹层厚顶煤全煤巷道支护技术难题，提高了巷道掘进速度，降低了巷道支护综合成本。

锚杆支护；顶板监测；稳定性分析

引 言

在煤矿五大灾害事故中顶板事故的危害程度虽然远比不上煤与瓦斯突出，但顶板事故发生的次数却远高于上述灾害事故[1]。因此，搞好掘进工作面顶板支护方案的选择与稳定性管理是巷道掘进工作的一项重要内容。

官地矿井位于西山煤田前山区东南部，距离市区17.5 km。井田面积104.49 km2。矿井设计生产能力330万t，核定生产能力500万t。井田内地质构造主要是断层和陷落柱，对矿井开采有很大影响。矿井采用垂直走向平峒石门开拓方式，主井筒为九院平峒，生产水平为1051水平。工作面采用长壁(条带式)布置。上组、中组包括2号、3号、6号、7号煤层，下组包括8号和9号煤层，可采煤层累计厚度平均15.66 m，井田内煤层比较稳定。中四采28416工作面井下跨越中四、南四采区，工作面四周为未采区，上部为23416、23418、16407工作面采空区及23414工作面均未进行回采。瓦斯绝对涌出量0.8 m3/min，8#煤层为易自燃煤层。

基于官地矿中四采28416工作面副巷的初始设计，在井下进行了试验。通过对28416副巷的支护设计并对其稳定性进行监测，主要是为今后厚煤层的开采解决两方面的问题[2]：一是解决综放托厚夹层厚顶煤全煤巷道支护技术难题；二是提高巷道掘进速度，降低巷道支护综合成本，提高巷道成巷功效，为采煤工作面提供安全保障通道。

1 锚杆支护稳定性的主要影响因素分析

在支护初始设计中主要分析了影响28416副巷稳定性的3个主要因素，主要包括煤围岩性质的影响、工作面周围采动对巷道稳定性的影响及地应力的影响[3]。

1.1 围岩性质的影响

8#煤层顶板10 m范围内围岩主要由砂质泥岩、粗砂岩和细砂岩组成，而且各种岩性的岩层分布不固定，岩层厚度不稳定；且10 m范围内石灰岩没有出现，顶板岩层裂隙发育，局部地段出现非常明显的破碎，并且离层部位较多；围岩强度波动范围大，有大量的弱面存在；同一钻孔中围岩的强度为31.60 MPa～94.27 MPa。波动范围很大，岩层的完整性和均质性差。

1.2 工作面周围采动对巷道稳定性的影响

试验28416工作面井下跨越中四、南四采区，工作面四周为未采实体煤，未受周边相关采掘影响。工作面上部为23416、23418、16407工作面采空区及23414工作面(未采)。3#与8#煤层间距约为58.49 m，6#与8#煤层间距约为23.269 m。可以看出，28416副巷目前并不受工作面采动的影响，巷道在掘进期间的稳定性较好。

1.3 地应力的影响

巷道的地应力测试结果表明，原岩应力值在10 MPa左右，介于低中等地应力范畴的分界点处，而且最大水平主应力与垂直主应力相接近，也就是侧压系数接近于1，从地应力值上来讲，对巷道稳定的影响比较小，并且，中四采区巷道布置并非最佳方式，地应力方向对巷道稳定有一定影响，但由于之间夹角比较小，影响的程度很小。

2 锚杆支护状况监测与分析

目前，28416副巷掘进至1 120 m左右，掘进完毕。28416副巷480 m～510 m处顶板破碎，采用了架棚的支护方式。自820 m处改变成新设计的支护方式，顶板锚索呈“二一”布置，与初始设计不同的是右帮安装一根锚索(设计中两帮均无锚索)，排距为2 m。在试验过程中对巷道围岩可锚性以及锚杆(索)的施工质量进行了日常的检测，同时，对围岩变形状况及锚杆的受力状况进行全方位监测[4]。

2.1 巷道表面位移监测

在28416副巷中设置了一个综合测站来监测掘进期间巷道的位移状况和锚杆(受力)状况以及顶板离层状况，测站位于巷道标牌1 060 m左右，共设置2个测点监测巷道位移，安装了3个锚杆测力计和2个锚索测力计，同时，安装一个顶板离层仪。图1为2个测点的巷道表面位移监测曲线。

通过对巷道表面位移的监测可以看出：

1) 测点1处巷道顶板的最大下沉量为18 mm；巷道两帮最大移近量为16 mm，其中，右帮位移量为15 mm，巷道设计宽度为4.2 m，测点处巷道掘进宽度为4.69 m左右，巷道两帮移近量占掘进巷道宽度的0.34%。

2) 测点2处巷道顶板的最大下沉量为24 mm；巷道两帮最大移近量为6 mm，其中，右帮位移量为3 mm，巷道设计宽度为4.2 m，测点处巷道掘进宽度为4.89 m左右，巷道两帮移近量占掘进巷道宽度的0.49%。

通过巷道表面位移监测结果可以看出，28416副巷在掘进期间围岩变形很小，巷道的变形主要集中于距工作面迎头13 m范围内而后趋于稳定，虽然

图1 测站一巷道表面位移

在此段巷道的顶煤厚度在6 m左右，但是，由于顶板较为坚硬，并且采用高预应力锚杆锚索支护技术，巷道的顶板几乎无变形，顶板平整，巷道两帮在掘进过程中的成形不好，并不是因为其后期变形所致。巷道掘进期间围岩的矿压监测结果验证了设计过程中所述的3条因素中工作面周围无采动影响和地应力偏低对巷道的稳定性影响较小，非常有利于巷道的支护。

2.2 巷道顶板离层监测

在测站处安设了一台顶板离层仪，通过6 d的观测数据可以看出，离层仪上浅部和深部的离层值均为零。说明巷道在掘进过程中并没有出现离层，验证了设计中提到的掘进期间巷道比较稳定的预估。

2.3 巷道锚杆受力监测

在测站处安设了4个测力计以监测锚杆锚索的受力状况，其中，包括2个锚杆测力计和2个锚索测力计。巷道掘进过程中锚杆(索)的受力监测结果如图2所示。

图2 锚杆锚索受力监测

通过锚杆受力变化曲线可以看出，在安装的测站中锚杆最大的预紧力为125 kN，最小为35 kN，2根锚索的预紧力均为135 kN，锚杆的预紧力基本能达到设计要求，其中，锚杆的预紧力达到125 kN，预紧力过高，已经接近了锚杆的屈服强度。随着巷道的掘进，锚杆的受力变化幅度很小，其中，1号锚杆由35 kN增加至40 kN，2号锚杆由125 kN增加至140 kN，锚杆并没有发生屈服。1号锚索由135 kN增加至147 kN，2号锚索由135 kN降至130 kN。锚杆的受力变化幅度小反映出巷道在掘进后围岩的变形量小、压力低，围岩在掘进后很快处于了稳定状态。

3 结论

通过巷道矿压监测结果可知，巷道围岩在掘进期间的变形小，巷道两帮最大移近量为16 mm，顶板下沉量最大为24 mm，并且，锚杆(索)在安装后受力变化幅度很小，锚杆受力增长幅度仅为15 kN，而锚索增长增幅仅为12 kN，说明巷道在掘进后很

快就处于了稳定状态。目前，采用高预应力锚杆、锚索支护系统很好地控制了巷道的稳定性，解决了综放托厚夹层厚顶煤全煤巷道支护技术难题并且提高了巷道掘进速度，降低了巷道支护综合成本，为采煤工作面提供了安全保障通道。

[1] 窦林名.煤矿围岩控制[M].北京：中国矿业大学出版社，2010.

[2] 王金华.综放开采是解决厚煤层开采难题的有效途径[J].煤炭科学技术,2005(2):1-6.

[3] 陈立伟，唐征，田坤云.构造应力对煤层巷道围岩稳定性的影响研究[J].煤矿现代化,2007(1):38-39.

[4] 王猛，柏建彪，王襄禹，等.迎采动面沿空掘巷围岩变形规律及控制技术[J].采矿与安全工程学报,2012，29(2):197-202.

The effect and stability analysis of bolt support in assistant tunnel of 28416 working face in Guandi coal mine

WANG Yongzhi

(Mine Construction Co., Ltd., Xishan Coal Electricity Construction Engineering Group Co., Ltd., Taiyuan Shanxi 030053, China)

In tunneling process of assistant tunnel in 28416 working face of Guandi mine, surrounding rock fluctuation makes the daily roof management difficult. The roadway supporting form of high prestressed bolt and cable supporting system is used for daily monitoring of roof displacement and roof separation and bolt and cable force. The monitoring results show that the high prestressed bolt and cable support system effectively controls the stability of wall in assistant tunnel of 28416 working face in Guandi coal mine and solves the technical problems of thick coal seam roadway with thick roof in fully mechanized top coal caving mining, improves the speed of roadway driving, reduces the comprehensive cost of roadway support.

bolt support; roof monitoring; stability analysis

2017-01-20

王勇志，男，1974年出生，2013年毕业于山西省煤炭职业中等专业学校，主要从事矿建方面工作。

10.16525/j.cnki.cn14-1109/tq.2017.02.42

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1004-7050(2017)02-0126-03

煤矿工程