黑龙煤业2102运输巷支护参数优化

赵海涛

（山西潞安集团蒲县黑龙煤业有限公司，山西 蒲县 041204）

1 工程概况

潞安集团黑龙煤业有限公司位于山西省临汾市蒲县黑龙关镇西沟村，主水平设在9+10+11号煤层中，水平标高为+1040 m，辅助水平设在2号煤层，水平标高为+1140 m。2102运输巷主要用于2102工作面回采时的运输与通风，南接21进风行人上山，北接设计2102工作面切眼，西面为9+10+11号煤层轨道大巷，东面为设计2102风巷。煤层层位位于下水平9+10+11号煤层，与2号煤层之间垂直距离109.6 m。在本工作面范围内，煤层厚度稳定，平均厚度为6.58 m。9号煤与10+11号煤之间有一层夹矸较厚为0～1.85 m，平均0.65 m。局部区域10号与11号煤之间有一层0.3 m的夹矸。9号煤平均厚度0.86 m，10+11号煤平均厚度4.5 m。如表1所示。

表1 煤层顶底板岩性

2 2102运输巷支护参数优化

2102运输巷断面尺寸为宽×高=4500 mm×3000 mm。原支护方案如下：顶板锚杆选用Ф20 mm×2400 mm的螺纹钢锚杆，锚索选用规格为6500 mm和9000 mm两 种，其 中6500 mm的锚索布置3根，间排距为1000 mm×1000 mm，距离巷帮250 mm位置各布置一根锚杆，9000 mm的锚索布置2根，间排距为2000 mm×1000 mm，巷道顶板中线位置及距离巷帮250 mm位置各布置一根锚杆，靠近巷帮位置的锚杆与竖直方向夹角为15°。巷道两帮选用Ф20 mm×2400 mm的螺纹钢锚杆，间排距为1000 mm×1000 mm，锚杆距顶板岩层和底板岩层均为500 mm，每帮均布置3根锚杆。

现场施工发现，原支护方案施工较为复杂，6300 mm和9000 mm的锚索间隔布置，且数量不同，对巷道支护效率影响较大，严重制约了巷道的掘进速度。考虑到原支护方案较为保守，支护密度较大，可以对方案进行简化、优化，拟取消长度9000 m的锚索，仅采用6300 mm的锚索对巷道顶板进行支护。借助数值模拟的方法分析简化后支护方案的支护效果。简化后的支护方案如图1。顶板锚杆选用Ф17.8 mm×6300 mm的锚索，间排距为900 mm×1000 mm，布置在巷道顶板中间位置，锚索两边各布置两根Ф20 mm×2400 mm的螺纹钢锚杆，间排距为900 mm×1000 mm，靠近巷帮的两根锚杆与竖直方向夹角为15°，帮锚杆选用规格为Ф20 mm×2400 mm的螺纹钢锚杆，间排距为1000 mm×1000 mm。

图1 优化后支护方案（mm）

优化前后支护方案垂直应力分布图如图2。

图2 巷道垂直应力分布

如图2所示，两种支护方案条件下，巷道开挖稳定后，垂直应力分布情况及影响范围差别不大。原支护方案条件下巷道两侧垂直应力峰值为11.8 MPa，优化后的支护方案，巷道两侧垂直应力峰值为11.9 MPa，基本相同。表明取消9000 mm长锚索后，对巷道围岩的控制效果并无明显降低的现象。

优化后的支护方案，在巷道中部、顶板岩层表面及1～4 m范围内各个特征点应力值如图3。巷道中部特征点应力值明显高于顶板岩层表面及1～4 m范围内各个特征点应力值，在巷道中部两侧煤体存在应力集中区域。随着距离巷道越远，各个特征点应力值在煤体深处逐渐趋于原岩应力值。

图3 不同位置各个特征点垂直应力值

原支护方案及优化后支护方案条件下，巷道围岩垂直位移及水平位移如图4。原支护方案条件下顶板变形量最大值为26.3 mm，两帮移近量最大值为20.3 mm，优化后支护方案条件下顶板变形量最大值为33.2 mm，两帮移近量最大值为24.8 mm。虽然优化后支护方案条件下，巷道围岩变形量略有增大，但是增大幅度非常小，不会造成巷道围岩失稳破坏。

图4 巷道围岩垂直位移及水平位移

3 工业性试验

2102运输巷使用原支护方案掘进了100 m后，根据优化后的方案，取消了长度为9000 mm锚索，在距离开切眼50 m、150 m和250 m位置设置围岩变形监测点，对巷道顶板下沉量及两帮移近量进行现场监测，比较原支护方案和优化后支护方案条件下巷道围岩变形情况。其中：距离开切眼50 m位置为原支护方案条件下监测点，距离开切眼150 m和250 m均为优化后支护方案监测点，分别记为断面1和断面2。现场监测曲线如图5。

如图5（a）所示，优化后支护方案条件下，断面1监测得到的巷道顶板下沉量最大值为62 mm，断面2为73 mm，而原支护方案条件下巷道顶板下沉量最大值达95 mm。分析原因，可能是原方案支护较为复杂，在施工过程中工人不易保证施工质量，而优化后支护方案虽然支护密度小于原支护方案，但是不涉及到间隔支护，更易保证施工质量，导致优化后的支护方案支护效果更好[1-4]。如图5（b）所示，断面1监测得到的巷道两帮移近量最大值为50 mm，断面2为85 mm，而原支护方案条件下巷道两帮移近量最大值为90 mm。现场监测结果表明，优化后的方案两帮变形量小于原支护方案，在顶板支护效果较好的情况下，虽然巷道两帮支护参数没变，但是支护效果也有所改善。

图5 巷道围岩变形量监测曲线

现场试验结果表明，虽然原支护方案支护密度更大，但是两种型号的锚索间隔支护，增大了施工的难度，影响了施工质量，而且增大了材料运输的工程量，制约了巷道掘进速度。优化后的支护方案，虽然支护密度有所降低，但是只保留一种型号的锚索，简化了施工过程，更易保证施工质量，而且减少了材料运输的工程量，更有利于提升巷道掘进速度。

4 结论

针对黑龙煤业2102运输巷掘进速度慢的问题，分析发现原支护方案支护密度大，存在过支护问题，且原支护方案较为复杂，施工质量不易保证，因此对原支护方案进行简化，仅保留Ф17.8 mm×6300 mm的锚索，取消了两种锚索间隔支护的施工环节，适当降低了支护密度，而且施工更加简单，更易保证施工质量。通过现场监测，优化后的支护方案支护效果良好，可以满足现场的安全生产要求，而且更有利于提升巷道掘进速度。