运输平巷原支护方案及存在的问题分析

王彦林

摘要：煤矿资源的应用，在我国社会经济发展中的地位非常重要，更是与人们的日常生活息息相关。为了更加保证煤炭生产的安全与质量的提高，应当在对工程地质环境等资料进行总结的基础上对其支护方案和技术进行研究。本文从115031运输平巷原支护方案着手，对该方案中存在的问题进行了分析，并针对性地提出了几点解决对策。

Abstract： The application of coal resources plays a very important role in China's social and economic development， and it is closely related to people's daily life. In order to ensure the safety and quality of coal production， it is necessary to study the supporting scheme and technology on the basis of summarizing the data of engineering geology and environment. This article from the 115031 haulageway original supporting scheme， analyzes the problems existing in this scheme， and puts forward some countermeasures.

关键词：运输平巷；原支护方案；问题；对策；分析

Key words： haulageway；original supporting scheme；problem；countermeasure；analysis

中图分类号：TD350 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）34-0116-020 引言

煤炭行业发展迅猛，作为我国能源消耗中的一大重要组成部分之一，其安全生产显得尤为重要。然而，在近些年来对煤矿的采集和运输上却经常发生许多安全上的事故，其中巷道掘进事故占据了很大的一部分，使得人们不得不对运输平巷支护方案的研究重视起来。这也是笔者对115031运输平巷原支护方案进行研究的原因所在，旨在能给更多相关人士帮助与借鉴。

1 王洼二矿115031运输平巷工程简介

115031工作面所采煤层为下侏罗统延安群五煤层，煤层总体为一背斜构造，煤层厚度较稳定，根据钻孔资料及两道、切眼实际揭露，煤层平均厚度为9m。煤层倾角最小32°，最大48°，平均37°左右。115031运输平巷长1511m。115031工作面的煤层保存着清晰的原始木质结构，均有氧化现象，煤粒有裂纹，矿物杂质主要是粘土矿物，多呈细粒或隐约细粒，侵染在有机质中煤的表面显得粗糙紊乱。由于本掘进工作面位于矿区侏罗系延安组含水层的下部，根据勘探资料及生产施工资料分析，延安组含水层在无充水来源时为透水层，不含水[1]。

2 115031运输平巷原支护方案中的参数分析

2.1 顶板支护

巷道拱部采用规格Φ20×2500mm螺纹钢锚杆，间排距为800×800mm，菱形布置；每根锚杆安装2节K2370树脂药卷，锚固力≥50kN（19.7MPa）；托板采用120×120×10 mm的A3钢板；铺设机织网，机织网网片对接且扣扣相连；采用加强钢带支护，钢带由两根Φ16mm圆钢焊接而成，间距为100mm，钢带长度为6m，与锚杆同排布置。锚索规格为Φ17.8×8000mm，托梁为400mm长的11#矿用工字钢；间排距为1500×2400mm，每根锚索充填6节K2370树脂药卷，锚固力≥100kN（29.8MPa）[2]。

2.2 帮部支护

帮部采用规格Φ20×2000mm螺纹钢锚杆，间排距为800×800mm，菱形布置；每根锚杆安装1节K2370树脂药卷；铺设机织网，机织网网片对接且扣扣相连。

3 115031运输平巷原支护方案中存在的问题

115031运输平巷原支护方案中存在的问题有以下几点：①围岩变形破坏严重：在掘进影响期间，巷道掘出5-7天后，顶板下沉明显，且后期顶板仍持续大变形，维护困难，且增加了巷道维护成本。出现网兜，局部地段的金属网开裂现象，破碎的煤岩块极易掉落下来。②受临近工作面的采动应力影响，巷道变形显著增大，存在锚杆、锚索拉断，托盘撕裂现象。③出现锚杆锚空现象，造成锚杆支护失效。④巷道成型不规整，存在超挖、欠挖现象。

4 针对115031运输平巷原支护方案中的问题提出的几点对策

4.1 防围岩变形破坏对策

通过分析发现，巷道围岩发生变形破坏的原因很有多，其中包括大倾角的煤层、煤巷围岩强度低、复合顶板、冲击倾向性巷道、断面形状及尺寸越来越大等等。因此，为了能够防止围岩发生变形破坏，可以采取以下几点措施：①采用五边形断面或是不规则梯形断面，使顶板都存在不稳定三角形危岩；②在留顶煤不破顶的条件下，采用半圆拱形断面，避免软弱顶板出现较大的应力集中，转移最大主应力的位置，同时消除大倾角条件下易冒落三角形危岩的影响，降低支护难度，提高支护质量[3]；③对于冲击倾向性巷道来说，由于其本身属于应力大、变形大且具有动力破坏特征的巷道，仅仅依赖巷道支架本身的支护能力，很难控制巷道的剧烈变形，必须充分发挥巷道围岩自身的承载能力。通过使用锚杆支护技术，可以充分地利用围岩的自承能力，强化巷道圍岩的极限强度，可显著提高围岩的稳定性，能够很好地适应围岩的变形，明显改善作业环境和安全生产条件，提高矿井的生产效益[4]。

4.2 防巷道变形对策

一般来说，梯形断面对巷道围岩水平位移和垂直位移影响最大，而半圆拱形断面位移较小，因此半圆拱形断面更加适合作为巷道合理支护[5]。结合掘进过程中设备尺寸，通风要求和巷道围岩变形预留量，将巷道断面尺寸设计成为：断面为半圆拱形，掘进宽度为4900mm，净宽4800mm，高度为4000mm，墙高1600mm。此外，考虑到115031运输平巷为大倾角大断面巷道，所以掘进通过断层破碎带时，采用正常段设计的支护方式及参数难以满足支护要求，需要在巷道正常段支护基础上加强支护。在该区域通过增加锚杆、锚索布置密度，进一步提高耦合支护强度，实现对断层软岩破碎带的一次支护到位。具体支护方案如下：①顶板采用锚梁网索支护方式：顶部采用Ф22mm-M24-2600mm左旋无纵筋螺纹钢等强锚杆（锚杆材质HRB500），锚杆间排距800×700mm，菱形布置，每根锚杆充填一节快速K2370，一节中速Z2370树脂药卷，预紧力不小于71kN。铺设一层钢筋网，规格为7900×900mm，采用Ф6.5mm圆钢焊制，网孔规格为100×100mm；钢筋网搭接处采用钢带压茬敷设。钢带规格为BHW-280-4.0型，宽280mm，长6700mm，厚4.0mm。锚索为高预应力低松弛钢绞线，规格为Ф20×8000mm（1×19），每隔2排锚杆布置3套钢绞线；间距为1600mm，排距为1400mm。钢绞线下铺设锚索梁，规格为长1700mm，厚4mm的BHW-280-4.0型W钢带。锚索托板采用400×400×16mm的鼓形托盘，承载能力不低于500kN，鼓起高度不低于150mm。每根锚索充填一节快速K2370，两节中速Z2370树脂药卷加长锚固，预紧力不小于140kN。②帮部采用锚网支护方式：帮部采用Ф20×2000mm左旋无纵筋螺纹钢等强锚杆，锚杆间排距800×700mm，菱形布置，帮部每根锚杆充填一节快速K2370树脂药卷，预紧力不小于40kN。帮网规格为1500×900mm，采用Ф6.5mm圆钢焊制，网孔规格为100×100mm。endprint

4.3 防锚杆支护失效对策

锚杆支护失效的原因大多与锚杆的钢筋拉断、托板失效、粘结破坏及锚空失效有关[6]，为了有效防止锚杆支护失效，可以采取以下几点措施：①可以多应用一些高材质的超高强度锚杆，从根本上提高锚杆的整体性能，防止锚杆的钢筋被拉断，或者可以通过对锚尾螺纹部位进行强热化的处理，防止因其本身强度弱而导致的被拉断现象，还可以在松软、破碎、膨胀性围岩和采动压力影响的条件下，通过适当的将锚杆进行延伸使得围岩有一个卸压缓冲过程，进而减少杆体钢筋被拉断的情况发生。②实践证明，由于托板失效而导致的锚杆失效的发生率占据了1/5左右。为了减少托板失效现象的发生：一方面可以使用凸形托板，它既可以允许围岩有变形的存在，又可以保证锚固力承载力不受削减；另一方面还可以通过在螺母和托板之间架设垫圈，以此来增强托板的抗剪性能，有防止托板失效的良效。③粘结破坏，即锚杆同粘结材料发生了相对的滑动，而使得粘锚力遭受一定程度的破坏。为了减少粘结破坏情况的发生，可以增加锚杆表面的粗糙度，比如在锚杆的表面设置波纹节或者在锚杆的底端位置安装楔块，这可以使得锚杆表面的凸纹与粘结体之间发生一定程度的变形而产生剪切力，也可以使得粘结体楔块因变形而发生膨胀，最终使得锚杆的粘结力变强[7]。④因锚空失效而导致的锚杆失效情况有很多，表现为在锚杆或者锚喷支护巷道中，因围岩承载力度的不均匀，而使得锚杆切向锚固力失效。使用锚网或锚梁网支护，可以有效减少此种情况的发生。

4.4 防止巷道超挖、欠挖對策

巷道发生超挖或者欠挖，即巷道在实际开挖时的断面在基准线以外或者以内的现象。巷道超挖、欠挖现象的发生，与巷道开挖的轮廓线和爆破技术这两方面有很大的关系。因此，为了有效防止巷道超挖、欠挖现象的发生，可以：①在巷道开挖断面尺寸的选定上，以巷道净空为基本线，并在此基础上加上初期的支护厚度和二次衬厚度大小；②在施工前期做好钻爆设计，适当借鉴以往成功的爆破经验，并加以应用；③全面提高施工队伍的整体技术操作水平，定期组织爆破技术知识的讲解与实际演练；④引进先进的爆破技术，对具体施工方法和过程进行精简，提高施工的质量。

4.5 对施工过程提出的对策

为了全面提高巷道支护的质量，还需要对施工过程中的相关因素进行控制，具体有：①提高施工人员的素质，多去选择一些技术性强、有责任感的人来负责支护的相关事宜；②严格挑选和购买支护所需材料，比如锚杆、锚索、树脂药卷、钢筋网、钢带、锚索托板等等；③定期对支护设备进行维修和保养，并及时将一些落后的设备进行更新等等。

5 结语

综上所述，本文以115031运输平巷原支护方案入手，对其方案中存在的问题进行了研究，发现其存在的主要问题包括：围岩变形破坏严重、巷道变形、锚杆、锚索拉断、锚杆支护失效、超挖、欠挖现象等等。笔者在通过对王洼二矿115031运输平巷工程的基本地质环境以及具体情况的分析上，提出了一些对于防围岩变形破坏、防巷道变形、防锚杆支护失效、防止巷道超挖、欠挖以及施工过程的可行性建议。

参考文献：

[1]苏东怀.探煤矿掘进支护中存在问题及应对措施[J].科技风，2014（1）：70.

[2]石培武.煤矿井下巷道掘进顶板支护技术分析[J].能源与节能，2017（01）：106-107.

[3]刘建刚，李志刚，刘小亮.强矿压显现巷道锚杆支护方案优化设计研究[J].山东工业技术，2015（6）：30-34.

[4]岳江伟.煤进支护中的常见问题及对策研究[J].科技与企业，2014（10）：242.

[5]李志.复杂地质条件下的煤矿掘进支护技术应用解析[J].科技资讯，2014（11）：77-78.

[6]刘建忠.锚杆支护技术在煤矿掘进巷道中的应用[J].科学之友，2013（12）：31-32.

[7]贾林.冲击矿压巷道支护方案优化分析研究[J].山西焦煤科技2016，08：69-70.endprint