下霍煤矿2306 工作面巷道支护及其监测研究

宋 楷

（晋能集团长治三元中能煤业有限公司生产技术科， 山西 长治 046600）

1 工作面地质条件分析

晋能集团中能煤业下霍煤矿地处长子县慈林镇五里庄村，井田面积40.79 km2，保有储量24 028 万t，设计生产能力240 万t/a，当前主要开采3 号煤层。下霍煤矿2306 大采高工作面位于井田东部，南六采区交胶带巷东南侧，属二迭统山西组下部3 号煤层。2306 工作面超向长1 150 m，工作面长度为200 m，工作面埋深660 m，埋深较深。煤岩层总体近南北走向，呈向西倾斜的单斜构造，煤层产状260°～275°，煤层倾角为4°～9°,平均6°左右。该巷道延南北走向布置，巷道倾角为-3°～+1°，平均-1°，下山掘进，局部有起伏。2306 工作面老顶为粗砂岩，厚度2.50～9.75 m；直接顶为炭质、砂质泥岩及薄煤层互层，厚度0.6～3.5 m；伪顶为炭质泥岩，厚度0.1～0.2 m，直接底为砂质泥岩、细砂岩，厚度0.53～1.20 m。

2 巷道支护设计方案设计

根据下霍煤矿2306 工作面巷道开采现场监测数据结果，本着因地制宜、节约成本的原则，将2306工作面巷道附近划分成三大区域，如图1 所示。第一为超前支护区域，该区域位于工作面煤壁往外前方30 m，第二为架后临时支护区域，处于架后0～200 m位置，第三为成巷稳定区域，处于架后200 m 之后位置。在对该工作面巷道进行支护时根据三个不同区域的具体情况采取不同的支护措施[1-3]。

2.1 超前支护区支护设计

从图1 可知，超前支护区域位置2306 工作面的前端位置，该区域长度约30 m，在施工前必须进行超前支护。采用ZQL2×3200/17.5/35 型超前液压支架进行支护，该支架设置有护壁板作为防护装置，可提供临时支护顶板的作用，维护顶板的稳定性。

图1 2306 工作面附近三个区域分布示意图

2.2 架后临时支护区域支护设计

从图1 可知，超后临时区域长度约200 m，处于工作面采空区中段，必须做好该区域的支护设计，保障整个巷道围岩的稳定。因此，支护设计过程中，立柱布局的间排距为500 mm×200 mm，安装于巷道切缝侧中。在支护当中，锚索布局采用3×3 结构类型，行距为1 200 mm，排距1 000 mm，锚索则采用了Φ21.6 mm×9 300 mm 的恒阻大变形锚索、Φ21.6 mm×5 200 mm 的钢绞线锚索，Φ20 mm×2 000 mm 的螺纹钢锚索，恒阻器直径为65 mm，恒阻值为33 t±2 t，恒阻器长度为500 mm。采用钢筋网加强支护，布置方式为1 500 mm×1 500 m，钢筋网层间距0.1 m。

2.3 成巷稳定区域支护设计

从图1 可知，成巷稳定区域位于工作面切眼与采空区段，长度约200 m，该区域段巷道受采动影响非常小，巷道顶板下沉量较小，同时单体支柱的压力量也小。在支护设计时可认定该区域已处于稳定状态，支护设计时可将巷道临支护单体撤掉，保留采空区一侧可伸缩U 型钢进行挡矸支护即可。

3 工作面开采区监测方案设计

3.1 测站布置设计

针对下霍煤矿2306 工作面巷道施工实况，设计了一套PU 监测系统方案，主要作用是为了保证巷道安全。矿压观测内容如下页表1 所示。

3.2 顶板离层仪观测

在开口处以及施工中在巷道中心线上每50 m打设顶板离层仪1 个，位置误差不超过5 m，距离迎头不超过50 m。深基点8 m，浅基点2.5 m。每50 m安装锚索、锚杆应力计。顶板离层仪观测的安装如图2 所示，顶板离层仪安装与巷道走向垂直，巷道掘进施工过程中及施工完毕后，定期对离层仪进行观察、观测并记录。

表1 矿压观测内容、目的及手段表

图2 顶板离层仪安装示意图

3.3 锚杆（索）测力计观测

在开口处以及施工中，在巷道每50 m 处安装锚索、锚杆应力计，位置误差不超过10 m，距离迎头不超过50 m。

3.4 锚杆（索）受力

锚杆（索）受力抽检要求：顶板螺纹钢锚杆抽检时抗拔力不小于108 kN；帮部螺纹钢锚杆抽检时抗拔力不小于90 kN，玻璃钢锚杆抽检时抗拔力不小于36 kN；锚索抗拔力不小于180 kN。

3.5 锚杆（索）锚固力抽检

巷道掘进施工过程中安排专人，现场进行拉拔试验。对于锚杆，按每300 根随机抽样检查一组（5根，顶板3 根及两帮各1 根）；对于锚索按每100 根随机抽样检查一组（5 根），合格率达到100%。（试验结束后对试验锚杆（索）做“检”标记）。

3.6 锚杆（索）预紧力矩检测

锚杆（索）预紧力矩检测要求：顶板螺纹钢锚杆扭矩不小于250 N·m；帮部螺纹钢锚杆扭矩不小于200 N·m，玻璃钢锚杆扭矩不小于70 N·m。

3.7 巷道围岩观测点设置及观测要求

掘进巷道进行围岩观测分析，巷道施工每掘进50 m 设置一处围岩观测点，围岩观测点应设置好观测牌，围岩观测周期与离层仪观测周期一致。如果巷道顶底板移近量或者两帮移近量大于50 mm 时，必须立即停产并立即汇报调度室及生产技术部，经过处理，在保证安全的前提下方可继续生产。

4 监测结果分析

对2306 工作面120 m 和240 m 两组测站巷道表面位移监测结果进行分析，其现场观测曲线如图3 和图4 所示。

图3 2306 工作面巷道120 m 处位移曲线图

图4 2306 工作面巷道240 m 处位移曲线图

从图3 和图4 数据可知，该巷道顶底板最大移近量为280 mm，两帮最大位移量为140 mm，巷道变形量相对较小，支护方案合理，能有效控制巷道围岩的变形量，支护效果理想。从顶板离层仪监测结果可知，离层值大部分监测结果为0，少部分离层值为1～5 mm。

从巷道表面危机监测结和顶班离层监测结果可知，下霍煤矿2306 工作面巷道支护方案合理可行，巷道围岩变形量较小，能有效控制围岩的稳定性[4-6]。