沿空巷锚杆支护优化设计及效果监测

2021-07-28唐皓

机械管理开发 2021年6期

唐皓

（山西潞安化工集团，山西襄垣 046200）

引言

大力提升煤矿生产能力的根本除了掌握先进的生产技术，采用匹配性极高的生产设备外，最基础的为保证其生产的安全性。煤矿生产的安全性除了对工作面瓦斯、水、火、电等方面事故进行控制外，还需保证煤矿巷道的支护质量和支护效果。除此之外，在保证煤矿安全生产的前提下还要求尽可能提高煤炭采出率，减少煤炭的浪费。经统计表明，由于工作面煤柱所造成的煤炭的损失为工作面煤炭浪费的关键因素[1]。因此，加强对工作面沿空巷道的支护效果，尽可能减少巷道煤柱的宽度是未来煤矿巷道支护的努力方向之一。本文将对沿空巷道锚杆支护进行优化设计，并对优化后支护效果进行监测。

1 1304工作面工程概况

本文以1304工作面为例对其沿空巷道的锚杆支护进行优化。1304工作面位于地下535 m和660 m之间，该工作面的走向长度为184 m，煤层平均厚度为7.5 m，煤层的倾角范围为17°~21°，平均倾角范围为19°。1304工作面采用的开采方式为走向长壁综采放顶煤一次采全高全部垮落法，对应的放煤步距为0.8 m，相匹配的放煤方式为一刀一放，对应的煤层截割高度为2.7 m。本文涉及到对沿空巷道的支护，因此需精确掌握工作面煤层的顶底板情况，如表1所示。

表1 1304工作面的顶底板情况

经探测，1304工作面瓦斯的绝对涌出量为0.68 m3/min，其对应的相对涌出量为0.13 m3/t，属于低瓦斯矿井。1304工作面配置有轨道顺槽、皮带顺槽、切眼以及停采线。对1304工作面开采中遇到的问题进行总结，可归纳为如下几点：

1）鉴于1304工作面属于孤岛工作面，其两侧均为采空区，在长时间开采的影响下该工作面的边缘位置已经处于塑性变形阶段；

2）总的来讲，1304工作面煤层较软、采高较大且截割深度较大，在实际开采过程中应力集中现象相对明显；

3）1304工作面沿空煤柱宽度的设计缺乏相应的理论依据[2]。

2 沿空巷道锚杆支护的优化设计

2.1 锚杆支护优化设计原则

1304工作面由于其巷道支护存在不合理，导致其在实际开采过程中巷道的变形特征可总结为如下几点：

1）沿空巷道极易受到采动影响且在多次采动的影响下，巷道的变形严重且变形量较大；

2）沿空巷道的变形速度快，而且主要表现为越接近工作面的煤壁其受采动的影响越剧烈，沿空巷道的变形持续时间较长；

3）在长期采动影响下，沿空巷道的变形严重且破碎程度严重；当巷道变形达到极限时，其对应的煤柱存在失稳的安全隐患，而且随着巷道的不断深入失稳的现象越严重。

结合沿空巷道围岩的变形特征，将其采用的被动支护方案优化改进为采用全新锚杆、锚索联合支护方案，并依据如下原则开展锚杆支护设计：

1）要求锚杆支护能够在巷道开挖后对巷道进行及时支护，避免围岩破碎的现象；

2）要求锚杆支护能够保证沿空巷道煤柱及围岩的完整性；

3）将沿空巷道围岩的变形量控制在允许范围之内；

4）在锚杆支护的基础上，可采用锚索补强或注浆加固的方式对巷道进行强化支护[3]。

2.2 锚杆支护参数的设计

沿空巷道锚杆锚索的支护情况如图1所示。

图1 沿空到锚杆、锚索支护情况（单位：mm）

如图1所示，沿空巷道顶板采用锚杆锚索联合支护，具体参数阐述如下:

顶板锚杆支护所采用锚杆类型为左旋螺纹钢高强锚杆，锚杆的直径为20 mm，长度为2 000 mm，为提升其支护效果，为顶板锚杆选用加长树脂对其进行锚固；并在此基础上采用钢筋网对其进行强化支护，所采用钢筋网的长度为2 200 mm，宽度为1 300 mm，保证相邻两块钢筋网搭接的长度不得小于100 mm。此外，结合锚杆预紧力设计经验，通过风动扭矩扳手将其预紧力设计为200 N·m[4]。

顶板锚索采用直径为17.8 mm的高强度低松弛钢绞线制成，对应锚索的长度为6 300 mm，锚索间距为2 400 mm，锚索排间距为2 400 mm；根据现场地质及岩层条件，对应锚索的锚固长度约为1 300 mm，且要求锚索的预紧力不得小于150 kN。

对于沿空巷道两帮主要采用锚杆支护，具体支护参数阐述如下：两帮锚杆支护所采用的锚杆类型为做旋螺纹钢高强度锚杆，对应锚杆的直径为20 mm，锚杆长度为2 000 mm，所选用的锚固剂的型号为MSZ2360；在此支护基础上采用钢筋网对其进行强化支护，所采用钢筋网的长度为2 200 mm，宽度为1 300 mm，保证相邻两块钢筋网搭接的长度不得小于100 mm。此外，结合锚杆预紧力设计经验，通过风动扭矩扳手将其预紧力设计为150 N·m[4]。