大断面泥岩巷道支护设计优化及应用

2021-03-13赵寒

山东煤炭科技 2021年2期

赵寒

(陕西彬长胡家河矿业有限公司，陕西长武 713600）

1 工程概况

陕西彬长胡家河煤矿位于陕西省长武县内，目前矿井正开采四号煤层，该煤层赋存稳定，煤厚变异较小，煤层结构较简单，厚度12.8～27 m，平均厚度约23 m。402104 工作面煤层上方基本顶为中砂岩，厚度10.2～20.0 m，饱和抗压强度6.7～17.2 MPa；直接底为铝质泥岩，遇水极易软化，属于不坚硬不稳定型，一般厚度3～5 m。工作面正常涌水量为10 m³/h 左右，最大涌水量约20 m³/h，煤瓦斯含量0.32～2.12 ml/g。

402104 工作面运输顺槽为全锚网支护，矩形巷道，巷道净宽×净高=5.6 m×3.5 m，巷道净断面积19.6 m2。其中402104 工作面运输顺槽原有支护参数不合理，导致巷道变形严重，顶底板移近量最大可达750 mm，两帮移近量最大可达890 mm，威胁矿井安全生产，需对巷道锚杆、锚索参数优化设计。

2 大断面泥岩巷道围岩变形破坏情况

402104 工作面运输顺槽在掘进过程中，巷道顶底板出现变形，两帮收敛变形，通过井下实地考察发现，402104 工作面运输顺槽围岩变形破坏如下：

（1）402104 工作面运输顺槽顶底板破坏情况

402104 工作面运输顺槽为矩形巷道，净断面19.6 m2，属于大断面巷道，在巷道掘进期间，在工作面切眼向外350 m 处顶底下沉量可达500 mm，底鼓量为250 mm，部分区域顶板出现网兜现象，锚杆被拉断，个别锚索失效。

（2）402104 工作面运输顺槽两帮破坏情况

402104 工作面运输顺槽周围岩性大多为泥岩，两帮最大变形处在巷道1200 m 处，由于受到周边巷道扰动影响，最大两帮变形量可达890 mm，巷道变形量大的问题存在安全隐患，亟需解决。

3 大断面泥岩巷道锚杆、锚索支护参数优化

402104 工作面运输顺槽掘进净宽5600 mm，巷中掘进净高3500 mm，其402104 工作面运输顺槽原锚杆、锚索布置如图1。对原支护情况下现进行锚杆锚索加密，巷道两帮采用长3.5 m 短锚索支护，间排距为800 mm×800 mm，顶板为8 根锚杆，间排距700 mm×800 mm，顶板布置5 根锚索。其具体支护参数为：

顶板锚杆：顶锚杆采用Φ22 mm×2500mm 左旋无纵筋螺纹钢锚杆配套200 mm×200 mm×12 mm 钢托板，顶锚杆间、排距700 mm×800 mm，每根锚杆消耗3 节MSK2335 型树脂，设计锚固力为70 kN，锚杆螺帽扭矩不小于300 N·m。金属网采用直径为6 mm 的Q235 钢筋焊制，网格尺寸为100 mm×100 mm，网幅规格900 mm×1700 mm。金属网压茬连接，搭接长度不小于100 mm，相邻两块网之间要用16#铁丝连接，连接点要均匀布置，双排扣距200 mm。

顶板和两帮锚索：顶板锚索规格为Φ21.8 mm×7100 mm 钢绞线，锚索间排距1200 mm×1200 mm，采用2500 mm 的16#槽钢为托梁，锁具与槽钢托梁间垫片规格为120 mm×150 mm×20 mm。两帮采用全短锚索支护，规格为Φ15.24 mm×3500 mm钢绞线，锚索间排距为800 mm×800 mm，锚索外露150～250 mm，锚索锚固力为300 kN，预紧力210 kN。

图1 402104 工作面运输顺槽锚杆、锚索布置

4 巷道围岩变形观测分析

在402104 工作面运输顺槽共布设2 个测点，第1 个测站设在巷道600 m 位置处，间隔100 m 布设第2 个测站，2 个测站同时进行观测，采用“十”字布点法对巷道变形量进行监测。对2 个测站的监测数据进行统计分析处理，得到图2 工作面运输顺槽围岩变形位移曲线。

如图2，402104 工作面运输顺槽在采用合理的支护参数后顶底板移近量和两帮移近量变形趋于总体一致，两帮变形量大于顶底板移近量。两帮移近量最大值为270 mm，较原支护两帮变形量减少了69.6%；顶底板移近量最大值为205 mm，其中顶板最大下沉占顶底板移近量的48.8%，为100 mm，较原支护顶底板移近量减少了72.6%。新支护参数下的巷道围岩变形得到了有效控制，工程试验表明巷道支护参数设计合理，支护方案可行。