昊锦塬煤矿东翼辅运大巷支护参数优化

白 喆

(山西煤炭运销集团 蒲县昊锦塬煤业有限公司，山西 临汾 041200)

随着浅部煤炭资源的不断开采殆尽，多数矿井现已进入深部开采阶段[1-2]。随着开采深度的不断增加，影响开采的灾害因素也日益增多，较浅部开采而言，深部开采产生的冲击地压、矿压显现剧烈、巷道大变形等灾害严重制约着煤矿安全生产。对此，大量学者进行了相关研究：何满朝等[3-5]针对深部开采与浅部开采的不同区别，建立了深部开采的概念体系及评价指标，提出深部开采的非线性力学理论；姜耀东等[6]结合我国冲击地压力学机理，建立了三种力学模型，提出了冲击地压的治理需注意采动应力及其时空演化规律的共同影响因素；张勇等[7]基于理论分析、数值模拟方法，分析得出深部开采巷道大变形的原因是由于复杂的高应力场相互叠加所产生的；孙晓明等[8]通过力学分析，得出深部开采巷道在变形过程中积聚了大量的弹性变形能，提出了多种支护形式的耦合支护体系并现场应用，取得了良好的效果。

昊锦塬煤矿东翼辅运大巷沿9号煤层顶板布置，巷道平均埋深400 m左右，净宽5.0 m，净高3.5 m，净断面17.5 m2，属于典型的深部大断面巷道。当顶板为K2石灰岩时，顶板完整性较好，节理、层理不发育，围岩分类结果为II级，围岩稳定；当顶板为泥岩和K2石灰岩时，顶板呈黄泥裹碎石状，卡钻或锚固剂丢失现象严重，支护效果差。结合矿井实际遭遇的问题，有必要对东翼辅运大巷支护参数进行优化设计。

1 工程概况

昊锦塬煤矿为9+10号煤层联合开采，煤层平均厚度5 m，东翼辅运大巷沿9号煤层顶板掘进，巷道净宽5.0 m，净高3.5 m，直接顶为泥岩，厚3.1 m，老顶为石灰岩，厚8.11 m，部分区域出现石灰岩和泥岩互层情况，底板为泥岩，厚4 m。石灰岩段整体支护效果良好，但遭遇泥岩时，存在卡钻、锚固剂丢失等现象，巷道围岩整体支护效果较差。

东翼辅运大巷采用“锚杆+锚索+金属网”联合支护。顶板采用D20 mm×2 400 mm的左旋无纵筋等强螺纹钢锚杆，间距1 000 mm，排距1 100 mm；锚索采用D17.8 mm×6 300 mm的钢绞线，排距为2 200 mm，每排一根；两帮选用D18 mm×1 800 mm的左旋螺纹钢锚杆，间距1 000 mm，排距1 100 mm；金属网用D6.5 mm的钢筋焊接，网孔尺寸为100 mm的正方形，网片搭接宽度为100 mm，用16号铁丝三花式捆绑，扭结3圈，每间隔200 mm进行捆绑一次，支护断面见图1。

图1 东翼辅运大巷原支护断面(mm)

由于东翼辅运大巷直接顶为泥岩，顶板内部含植物根茎化石，自身强度较弱，随着巷道服务年限不断增长，巷道局部支护效果较差，且由于顶部采空区淋水的缘故，顶板泥岩遇水后逐渐出现泥化现象，局部破碎后容易造成巷道失稳；结合矿井当前支护参数，顶板采用“一索五杆”型锚固支护方式，整体稳定性略显不足，故有必要对巷道支护进行优化设计。

2 优化方案设计

由于东翼辅运大巷破碎主要集中在帮部与顶板，巷道底板完整情况相对较好，故拟通过优化顶锚杆的支护参数，在保证安全的前提下节约巷道支护成本，具体支护方案如下。

顶板采用D20 mm×2 400 mm的左旋无纵筋等强螺纹钢锚杆，间距900 mm，排距1 000 mm；锚索采用D17.8 mm×6 300 mm的钢绞线，间距为1 800 mm，排距2 000 mm，每排两根；两帮选用D18 mm×1 800 mm的左旋螺纹钢锚杆，间距900 mm，排距1 000 mm；金属网用D6.5 mm钢筋焊接，网孔尺寸为100 mm的正方形，网片搭接宽度为100 mm，用16号铁丝三花式捆绑，扭结3圈，每间隔200 mm进行捆绑一次。优化后的支护断面见图2。

图2 东翼辅运大巷优化支护断面(mm)

3 效果分析

在东翼辅运大巷原支护效果较差的地段选取长度为100 m的范围进行现场工业性试验，并在试验段中部采用十字布点法布置表面位移观测站，对巷道变形情况进行了为期30 d的观测，观测结果如图3所示。由图3可知，采用优化支护后的东翼辅运大巷单日顶板下沉量不超过2 mm，两帮移进量单日增加量不超过1 mm，最终顶板最大下沉量在23 mm左右趋于稳定，两帮移进量在11 mm左右趋于稳定，支护效果很好。

图3 优化后巷道变形监测结果

4 结 语

针对昊锦塬煤矿东翼辅运大巷顶板岩性复杂，部分区段顶板破碎，巷道稳定性差的情况，通过分析，本着既能提高巷道支护强度，保证巷道稳定，又能节约成本的原则，提出了优化方案，优化后的方案较原方案虽然在单位计算范围内仅增加了一根锚索和一根锚杆，但围岩塑性区破坏范围较原方案减少了30%，大幅提高了巷道围岩的稳定性，保证了东翼辅运大巷的长期使用。