青洼煤业2103综放工作面回采巷道支护参数优化

刘江华

(晋煤集团 翼城晟泰青洼煤业公司，山西 翼城 043500)

1 工程概况

晋煤集团翼城晟泰青洼煤业公司位于山西省翼城县西阎镇十河村东一带，主要开采2号煤，煤层厚度为3.85～6.2m，平均厚度4.66m，煤层中夹0～1层夹矸，容重为1.43 t/m3，煤层倾角为8～11°，平均9.5°。煤层直接顶为5m厚的灰黑色层状粉砂岩，其性偏脆，胶结良好；老顶为3.25 m厚的黑灰色层状泥岩，致密；直接底为1.5m厚的深灰色泥岩，富含丰富的植物化石；老底为粉砂岩，厚7.0 m，灰黑色，含丰富植物化石。2103工作面进风巷断面形状为矩形，巷道净高3 200 mm，净宽 4 000 mm，支护方案为：顶锚杆采用D20 mm×2 000 mm的左旋无纵筋螺纹钢锚杆，每排布置4根，间排距1 000 mm×1 500 mm，外露长度250 mm，采用W型钢带连接；顶板锚索采用D18.9 mm×7 300 mm的钢绞线，每排布置2根，间排距1 500 mm×3 000 mm；帮锚杆采用D18mm×1800mm 的左旋螺纹钢，间排距1 000 mm×1 500 mm，每排布置3根，如图1所示。

图1 21031进风巷支护示意(mm)

2 21031巷围岩破坏特征[1]

2.1 21031巷道围岩变形现场监测结果

起初21031进风巷在掘进时矿压显现不明显，当掘进至300 m处，巷内出现异常矿压显现，主要表现为巷道顶板明显下沉、垮落，巷内闷响频繁，多处钢带破断。为了解原支护体系下21031进风巷顶底板与两帮位移情况，在巷道掘进面后100 m和200 m处两个断面进行了为期50 d的围岩变形监测。

由监测结果知，距掘进面100 m处的断面顶底与两帮的移近量分别为120 mm和142 mm；距掘进面200 m处的断面顶板与两帮的移近量分别为135 mm和154 mm。

2.2 21031巷道围岩松动圈实测

为了了解巷道的破坏范围及需要支护的主要对象，并进一步判断当前巷道支护的有效程度，在进风巷内距掘进面50 m、150 m、300 m处的3个断面进行了围岩松动圈实测，每个断面顶板布置2个5 m深的测孔，两侧巷帮布置3个3 m深的测孔。观测结果如表1所示。

表1 21031巷道围岩松动圈实测结果 m

由表1可知：所测断面的松动圈平均厚度约1.8 m，为大松动圈的厚煤层巷道。由于松动圈厚度超过1.75 m，超出原支护锚杆长度，表明原先的支护方式不足以保证巷道围岩的稳定，因此需要进行优化，以保证巷道的长期稳定。

3 巷道支护优化方案

3.1 支护参数优化设计

根据21031进风巷实际地质条件，顶板采用D20 mm×2 500 mm的左旋螺纹钢锚杆，每排布置5根，间排距900 mm×700 mm，边锚杆与顶板夹角80°，锚固长度1 200 mm ，预紧力为43 kN；两帮各布置 4根D20 mm×2 200 mm的右旋螺纹钢锚杆，间排距为 900 mm×700 mm，下锚杆向下倾斜 10°安装，上锚杆向上倾斜 15°安装，锚固长度600 mm，预紧力为30 kN。托盘采用120 mm×120 mm 铁托盘+300 mm×200 mm×50 mm 木托板；网片为40 mm×40 mm菱形的10号铁丝网。顶板锚索采用D18.9 mm-L8 300 mm低松弛钢绞线，每排布置3根，间排距1 600 mm×1 400 mm，锚固长度为1.5 m，预紧力为100 kN。支护参数如图2所示。

图2 21031进风巷优化支护示意(mm)

3.2 现场试验及效果

为了进一步验证优化方案的支护效果，采用新的支护参数在21031进风巷后期掘进过程中进行了现场试验，试验段长度100 m，并在实施后对试验段每隔10 m处断面安装多点位移计，进行为期20 d的跟踪监测，对监测数据整理后的围岩变形情况如图3所示。

图3 采用优化支护方案后巷道断面围岩变形曲线

由图3可知，巷道顶板下沉量随着时间的增长逐渐增大，最后稳定在33.8 mm，两帮移近量也随着时间的增长逐渐增大，最后稳定在9.44 mm。通过对试验段的跟踪监测，发现试验段巷道顶板稳定性良好，没有出现任何裂缝，巷道两帮也没有片帮情况出现。说明在20 d内巷道顶板及两帮一直处于不断变形的阶段，但变形幅度很小，随着时间的推移最终位移趋于稳定[2]，围岩变形得到良好的控制。

4 结 语

晋煤集团翼城晟泰青洼煤业21031进风巷为厚煤层矩形巷道，通过现场实测发现巷道产生变形的原因是：受掘进影响，21031巷道原支护对顶板岩层及两帮的控制力度不够，导致顶板下沉量大，巷道收敛变形大，造成巷道顶板煤岩易整体碎落[3]，部分锚索断裂失效，在此基础上对支护参数进行了优化。经现场试验表明，应用优化支护方案后，巷道两帮及顶底板的变形量均很小，有效控制了围岩的稳定，保障了21031进风巷的掘进和后期的安全使用，取得了良好的支护效果。