三元煤业回风巷支护优化分析

张 泽

（晋能控股煤业集团长治公司生产技术部山西长治047100）

1 概况

三元煤业煤四采区回风巷东为实体煤，南为四采区10#横贯，西为实体煤，北为矿井边界，煤层平均厚度为7 m，煤层硬度（f 为0.63），煤层伪顶为砂质泥岩，厚度0.1 m；直接顶为细粒砂岩，厚度8.0 m；老顶为中粒砂岩，厚度3.0 m；直接底为砂质泥岩，厚度1.0 m；老底为细粒砂岩，厚度2.8 m。，煤层层理发育，局部存在节理发育，该区域煤质酥软，顶板破碎，巷帮局部纵向节理发育，容易造成局部片帮。巷道存在问题：

（1）四采区回风巷原来采用的支护方案支护密度相对较大，且支护参数设计不能充分发挥支护材料的性能，一定程度上造成了支护材料的浪费。

（2）帮部支护不及时。

2 回风巷锚杆初始支护设计

2.1 巷道支护断面设计

根据矿井资料，考虑到在掘进过程和回采中设备尺寸，通风要求和巷道围岩变形预留量，设计四采区回风巷断面尺寸如下：掘进宽5.3 m，高3.15 m，掘进断面积为16.7 m2。

2.2 锚杆支护初始设计

通过地质力学测试和数值模拟计算分析，确定了四采区回风巷顶板锚杆间距1.15 m，每排布置5 根锚杆；帮锚杆间距0.85 m，每排布置4 根。锚杆排距为1 m。锚索三花布置，锚索间距为2.3 m，排距为1 m，树脂锚固高强锚杆锚索组合支护系统和支护参数（见图1）及支护材料（见表1），支护完成后及时对巷道顶部和两帮进行喷浆处理，喷浆厚度150 mm，喷射混凝土强度等级不低于C25。

表1 四采区回风巷支护材料清单

图1 四采区回风巷支护参数图

3 回风巷掘进阶段矿压监测报告

3.1 锚杆受力监测

为保证巷道安全，安装综合矿压1#测站。1#测站包括巷道锚杆应力计，锚索应力计和巷道断面收敛监测。测点布置如图2.

图2 回风巷1#矿压综合监测测站布置

1#测站分别安装了顶板锚杆测力计和帮部锚杆测力计用于锚杆受力状态的监测，以考察锚杆工作阻力随着距离改变的变化情况，巷道顶板煤柱侧至煤壁侧共布置5 个锚杆应力计测点依次为顶1、顶2、顶3、顶4、顶5，煤壁侧布置3 个锚杆测点从上往下分别为右1、右2、右3，煤柱侧由上往下分别为左1、左2、左3。1#测站两帮锚杆应力监测曲线如图3所示，1#测站顶板锚杆应力监测曲线如图4所示。

图3 1#测站巷道两帮锚杆应力监测曲线

图4 1#测站巷道两帮锚杆应力监测曲线

深入分析可以看出在掘进初期锚杆受力变化波动较大，随着巷道的掘进远离测站，围岩受力逐渐再次达到平衡，锚杆受力也逐渐趋于稳定。整体来分析巷道在掘进过程中，在监测期17 d 内，锚杆整体的受力增幅相对较小，锚杆受力没有超过其自身极限，巷道变形量较小，说明支护效果较好，支护设计合理

3.2 锚索受力监测

1#测站锚索应力监测曲线如图5所示。巷道顶板煤柱侧至煤壁侧共布置2 个锚索应力计测点依次为顶索左、顶索右，锚索受力状态的动态监测，可以表征锚索受力随着距离改变的变化情况。

图5 1#测站巷道两帮锚杆应力监测曲线

深入分析可以看出在掘进初期锚索受力变化波动较大，随着巷道的掘进远离测站，围岩受力逐渐再次达到平衡，锚索受力也逐渐趋于稳定。整体来分析巷道在掘进过程中，在监测期17 d 内，锚索整体的受力增幅相对较小，锚索受力没有超过其自身极限，巷道变形量较小，说明支护效果较好，支护设计合理。

3.3 断面收敛监测

1#测站断面收敛监测曲线如图6所示。断面收敛情况的动态监测，可以表征巷道围岩整体受力显现随着距离改变的变化情况，也可以间接体现出巷道支护体系的效果。

图6 1#测站巷道断面收敛监测曲线

深入监测数据分析可以看出在掘进初期巷道断面收敛变化波动较大，随着巷道的掘进远离测站，围岩受力逐渐再次达到平衡，巷道变形速率降低。整体来分析巷道在掘进过程中，在监测期17 d 内，从现场可以看出，巷道变形量很小，巷道顶板完整且平整，两帮整齐，由此看出新支护设计合理，主动支护效果好，巷道安全性高。

4 总结

（1）根据现场调研，发现三元四采区回风巷原来采用的支护方案支护密度相对较大，且支护参数设计不能充分发挥支护材料的性能，一定程度上造成了支护材料的浪费。

（2）建议在生产过程中系统地开展矿井地质力学测试工作，加强地质资料采集与整理，在大量实测数据的基础上进行数学、统计学、地质学和数值模拟等方面的综合分析，为矿井的安全及高效生产提供更为详细和准确的基础数据。

（3）该支护技术取得了一定的技术经济效益，为三元煤业后续15#煤层的开采提供了依据和参考。