矿井采掘巷道中高强支护方案的应用分析

王俊增

（潞安化工集团调度指挥部，山西 襄垣 046200）

引言

巷道支护是巷道高效掘进的前提条件，保证支护方案的有效性能够保障施工人员的作业安全。尤其是对于部分新建矿井来说，初期采取的巷道支护方案通常和巷道围岩的实际支护需求存在偏差，使得巷道掘进过程中围岩变形过大，降低巷道的工作效率。针对上述问题，考虑矿井生产过程中的实际需求，在现有方案的基础上进行优化改进，提出一种实际应用效果较好、能够适应高强度采掘作业的支护方案，并展开分析。

1 某矿8 号煤层概况

某矿井当前主采煤层为8 号煤层，煤层均厚4.2 m，倾角均值3°，近似水平，煤层整体稳定，结构单一，全区可供开采。主采煤层上部由砂质泥岩直接顶以及泥岩、砂质泥岩混层老顶组成，二者厚度均值依次为7.8 m 以及16.5 m；下部由泥岩直接底以及砂质砂岩层老底组成，二者厚度均值依次为11.3 m 和12.8 m。1807 回风巷是当前矿井回采作业面回风巷道，埋深大于300 m，沿煤层顶板掘设，断面呈矩形，断面净宽4 800 mm、净高3 200 mm[1-2]。

2 巷道原支护方案及其不足分析

1807 回风巷现有支护方案为锚网索支护，相应参数包括：顶锚杆选取螺纹钢锚杆，锚杆长2 400 mm、直径20 mm，每排锚杆数量为6 根，相邻锚杆间的间距为800 mm、排距为1 000 mm。顶锚索选取预应力钢绞丝锚索，锚索长5 400 mm、直径22 mm，采用“二O 二”的布置方式，相邻锚索的间距为2 000 mm、排距为2 400 mm。巷帮选取玻璃钢锚杆，锚杆长1 800 mm、直径18 mm，相邻锚杆的间距为800 mm、排距为1 000 mm[3-4]。综上可知，现有支护方案锚杆锚索数量较多，密度较大，但是实际支护情况难以满足要求，经测该支护方案下，巷道顶底板和巷帮移近量依次为324 mm 以及405 mm，变形量过大，出现严重的破坏，降低了巷道掘进的效率，威胁施工人员的生产安全。该方案支护效果不理想的原因包括：顶板支护锚杆和锚索参数设计不合理导致支护强度不足，造成巷道顶板下沉量过大；两帮支护选取的巷玻璃钢锚杆强度不足且未设置相应的补强支护方案。针对上述问题，设计合理的补强支护方案，保证巷道围岩变形量的控制。

3 巷道支护方案改良分析

针对1807 回风巷道现有支护方案的不足之处，优化顶板以及两帮的支护参数。优化后的顶板和巷帮支护示意图如图1、图2 所示，具体参数如下。

图1 优化后巷道顶板支护示意图（单位：mm）

图2 优化后巷帮支护示意图（单位：mm）

1）顶板支护。顶板支护锚杆更换为高强度螺纹钢锚杆，长度2 400 mm、直径22 mm，相邻锚杆间的间距为900 mm、排距为1 000 mm，与巷帮相邻的锚杆同巷帮间的间距不得大于250 mm，顶锚杆和顶板布置为垂直关系。选取2 支树脂锚固剂对锚杆进行加长锚固，锚固力超过150 kN，预紧力矩超过400 N·m。配套托盘选取拱形高强度钢托盘，托盘长度150 mm、宽度150 mm、高度10 mm。顶板锚索更换为预应力钢绞丝锚索，长度6 400 mm、直径22 mm，相邻锚索间的间距为2 000 mm、排距为2 400 mm，选取树脂锚固剂对锚索进行加长锚固。配套托盘选取高强度可调心钢托盘，托盘长度300 mm、宽度300 mm、高度16 mm，锚索预紧力超过300 kN。采用护网进行补强支护，顶板锚杆索支护表面铺设两层护网，第一层采用菱形金属网，材料为10 号铁丝，护网长度5200mm、宽度1300 mm；第二层采用高承压塑料网，网孔长度30 mm、宽度30 mm。顶板钢筋托梁选取钢筋直径14 mm，长度4 600 mm、宽度80 mm，为五孔结构[5-6]。

2）巷帮支护。支护锚杆更换为螺纹钢锚杆，锚杆直径22 mm、长度2 400 mm，每排锚杆的数量为4 根，上部3 根锚杆布置在钢筋托梁孔内部，下部锚杆同W型钢带护板配合使用，上锚杆同顶板的间隔为300 mm，下锚杆同底板的间隔为400 mm，上部3 根锚杆间隔为800 mm，最后1 根锚杆同下部锚杆的间距为900 mm、排距为1 200 mm。巷帮布置的锚杆均使用2支树脂锚固剂进行加长锚固，锚固力超过70 kN，预紧力矩超过40 N·m，配套托盘选取塑料托盘。巷帮钢筋托梁长度1 900 mm、宽度80 mm，为三孔结构。支护表面铺设菱形金属网，护网长度3500mm、宽度1300 mm。与之配合的W 型钢带护板采用BHW-280-4-400 型。巷帮支护锚索更换为钢绞丝锚索，锚索直径22 mm、长度5 400 mm，采用“一O 一”的布置方式，支护锚索布置于巷帮两排钢筋托梁的中间位置，同顶底板间的间距均为1 650 mm，相邻锚索间的排距为2 400 mm[7-8]。

4 支护方案优化后应用效果分析

采用十字测点法，对1807 回风巷道在优化后支护方案的作用下，巷道围岩的控制效果进行检测，采取实时检测的方式对巷道围岩的变形量进行检测。在1807 回风巷道内设置2 个观测站点，站点间的间隔为100 m，每3 d 进行1 次观测作业，单次观测时长为60 d。巷道表面位移变形量如图3 所示。

图3 1807 巷道表面位移变形量随时间变化示意图

根据图3 不难看出，1807 回风巷道内布置的2个测站观测结果大致相同，说明巷道表面位移变形量同时间的变化关系大致相同。前30 d 内，2 个测站观测到的巷道表面变形量增长速率较大。1 号测站测得的顶底板以及巷帮变形量最大值依次是104 mm 以及125 mm，顶底板以及巷帮的变形速率依次是3.44 mm/d 以及4.23 mm/d；2 号测站测得的顶底板以及巷帮变形量最大值依次是111 mm 以及146 mm，顶底板以及巷帮的变形速率依次是3.65 mm/d 以及4.87 mm/d。后30 d 内，巷道顶底板以及巷帮变形量趋势逐渐水平，围岩变形量无明显增大，也就意味着巷道围岩处于稳定状态。在整个监测过程中，巷道顶底板以及巷帮变形量最大值依次是112.6 mm 以及149.23 mm，变形量均未超过相关指标，观测结果表明，优化后的支护方案使得巷道围岩变形得到了很好的控制，提升了巷道的掘进效率，保障了施工人员的作业安全，使得巷道的综合效益显著提升。

5 结语

巷道围岩变形问题是矿井回采过程中常见的问题之一，设计科学合理的支护方式保证巷道围岩变形的控制，对于巷道掘进效率的提升以及施工人员的生产安全有重要意义。矿井管理者应当给予足够的重视，安排相关人员，对于生产过程中相关环节进行深入研究，设计出科学合理的支护方案适应巷道的高强度采掘工作，完成巷道围岩的有效控制，为矿井生产综合效益提升打下扎实的基础。