云泉煤业15103 运输顺槽掘进支护参数优化

王 磊 田 敬

（1.山西高平科兴云泉煤业有限公司，山西 高平 048400；2.山西高平科兴南阳煤业有限公司，山西 高平 048400）

1 工程概况

山西高平科兴云泉煤业有限公司15103 工作面运输顺槽布置于15 号煤层，煤层倾角为2°～7°，煤层厚2.19～3.3 m，平均2.75 m，含1～2 层矸石，夹矸厚度0.05～0.45 m。工作面顶板为K2 灰岩，层位稳定，厚度大，局部为泥岩。底板为灰黑色泥岩，局部可能出现灰色铝土质泥岩。15103 工作面北部为回风大巷、胶带大巷和轨道大巷，西部为15101工作面采空区，东部为实体煤。

15103 工作面运输顺槽设计长度为2060 m，沿15 号煤层顶板掘进。掘宽5000 mm，掘高3100 mm，巷道断面为15.5 m2。在巷道掘进过程中由于原支护参数不合理，导致在掘进过程中围岩应力较集中，顶底板围岩最大移近量可达715 mm，两帮围岩最大移近量可达525 mm。巷道围岩变形问题亟待解决，需根据对已掘300 m 巷道的现场实际情况来优化支护参数。

2 支护优化

2.1 原支护存在的问题

（1）原支护顶板未配备W 型钢带，起不到和锚杆联合支护的作用，导致顶板围岩不稳定性增大。相同锚杆预紧力作用下，配备W 型钢带对不稳定围岩效果更佳，能起到良好的支护效果。

（2）现场锚杆支护作业人员未按照巷道设计要求施工，导致锚杆、锚索不符合设计间排距，锚固力和预紧力也未达到规定值，从而导致巷道来压后顶底板及两帮围岩变形量较大。

（3）经现场实地观测发现，15103 工作面运输顺槽破碎段较多，原支护设计顶板和两帮锚杆排距为1500 mm，排距过大导致现场支护效果不佳，需缩小锚杆排距进行加强支护。

2.2 支护参数优化

通过分析原支护不足之处，对15103 运输顺槽采用锚网索+W 钢带联合支护，并对其支护参数进行优化[1-8]，保证巷道围岩稳定性。图1 和图2 为15103 运输顺槽优化后支护断面和平面图，具体的支护参数如下：

图1 优化后支护断面图（mm）

图2 优化后支护平面图（mm）

（1）顶部支护。巷道顶板锚杆采用规格为Φ22 mm×2400 mm 的MG500 高强度螺纹钢锚杆，间排距为1000 mm×1200 mm，边锚杆距巷帮500 mm，要求向巷帮侧倾斜10°，每排布置5 根顶板锚杆，锚杆搭配宽度80 mm、厚度35 mm、孔间距1000 mm 的钢带联合使用。每根锚杆使用K2360 型和Z2360 型树脂锚固剂各1 卷。巷道顶板锚杆托板规格为150 mm×150 mm×10 mm 穹型钢托盘，顶板每根锚杆锚固力≥110 kN，扭矩为240 N·m。顶板锚索采用规格为Φ17.8 mm×6000 mm 的SKP18-1/1860 锚索，每排2 根布置，间距2000 mm，距巷帮1500 mm，排距2400 mm，锚索垂直顶板岩面，张拉预紧力≥210 kN。每根锚索使用K2360 型树脂锚固剂1 卷，Z2360 型树脂锚固剂2 卷。锚索锚固力≥300 kN。顶板锚索规格为长×宽×厚=300 mm×300 mm×16 mm 穹型多功能钢板托板。网片采用Φ4 mm～Φ6 mm 的钢筋焊接，规格为2800 mm×1400 mm。

（2）帮部支护。巷道帮部锚杆采用规格为Φ22 mm×2000 mm 的MG500 高强度螺纹钢锚杆，间排距为900 mm×1200 mm，上部锚杆距顶板150 mm，向上倾斜10°，下部锚杆距底板250 mm，与巷帮垂直，每排每侧4 根帮锚杆，帮部锚杆扭矩为200 N·m。锚杆搭配帮钢带规格为宽度80 mm，厚度35 mm，孔间距900 mm。每根锚杆使用K2360型和Z2360 型树脂锚固剂各1 卷。锚杆托板规格为150 mm×150 mm×10 mm 穹型钢托盘。两帮网片采用12#铁丝编制而成的菱形网，网规格为3000 mm×1400 mm，网格50 mm×50 mm，网片间搭接100 mm，每隔200 mm 联网2 道，每隔100 m 铺2排绝缘网。

3 支护效果分析

原支护方案下15103 工作面运输顺槽试验段为巷道前300 m，巷道300 m 后为优化后的支护方案和参数，通过选取有代表性围岩并在巷道内布置测点来观测新支护方案和原支护的顶底板及两帮移近量。观测周期为50 d，观测频率为5 d/次。观测数据汇总得图3 所示为15103 工作面运输顺槽围岩位移曲线图。

由图3 可知，15103 工作面运输顺槽原支护方案在0～28 d 内巷道顶底板及两帮围岩变形量较大，28 d 后围岩变形量增加不明显，原支护方案下顶底板移近量最大可达715 mm，两帮围岩移近量最大可达525 mm。采用优化后的支护方案后，巷道围岩位移在0～22 d 内逐渐增加，22 d 后围岩变形量逐渐趋于稳定，新支护方案下顶底板移近量最大可达392 mm，两帮围岩移近量最大可达210 mm。与原支护方案相比，新支护方案顶底板移近量减少45.2%，两帮移近量减少60%。结合顶板离层监测和锚索压力监测数据可知，巷道顶板离层量为1～2 mm，锚索承载在15 MPa 稳定波动。由此可证明，15103 运输顺槽采用优化后的支护方案可有效地控制巷道顶底板及两帮围岩变形量。锚网索+W 钢带联合支护提高了巷道围岩的承载能力，支护效果良好。

图3 15103 工作面运输顺槽围岩位移曲线图

4 结论

通过现场应用可知，15103 运输顺槽采用锚网索+W 钢带联合支护加强了巷道围岩整体的稳定性，优化后的支护方案和参数经过现场围岩变形量监测、顶板离层和锚索压力监测数据可知，新支护方案较原支护顶底板移近量减少45.2%，两帮移近量减少60%，顶板离层和锚索压力均符合要求，有力地证明了优化后支护参数的可行性。