大斷面回采巷道支護優化研究

王道成，王龍成

(陜西陜煤黃陵礦業有限公司，陜西 黃陵 727307)

0 引言

黃陵二號煤礦是國家高產、高效現代化礦井，為滿足礦井的正常生產接續及災害治理需要，需要掘進大量的回采巷道，合理選擇安全、高效、經濟的巷道支護方式對煤礦生產建設具有重要意義。近年來，錨網索支護技術在二號煤礦得到了廣泛的應用，體現了其安全、可靠的優點。隨著礦井自動化快速掘進設備的出現，需要對以往的錨網索支護方式進行優化，以便更好地適應現代化掘進裝備要求。本文以黃陵二號煤礦207運輸順槽為例，以理論計算為基礎，對207運輸順槽支護參數進行了優化，結合2#煤層頂底板巖性，通過現場實測，為回采巷道支護參數優化提供參考。

1 工程背景

黃陵二號煤礦207運輸順槽是為207綜采工作面服務的運輸巷道，設計長度4 800 m，巷道沿2#煤層掘進，煤層厚度3.2～3.5 m，煤層為層狀或塊狀構造，呈條帶狀結構，內生裂隙發育。巷道基本頂為深灰色粉砂巖，厚度5～7.5 m，直接頂為細粒砂巖，厚度13～25 m，直接底為粉砂巖、泥巖，厚度0.8～2.3 m。207運輸順槽所處區域煤層為單斜構造，地層傾角1°～3°，區域內存在小型斷層，2 300 m以及2 500 m處揭露斷層并未對掘進施工產生明顯影響。原支護為錨網索聯合支護，巷道頂板錨索采用φ21.8 mm×7 500 mm十九芯防腐錨索，結合T140鋼帶按照“3-2-3”的方式菱形布置，T140鋼帶為“一梁七孔”，長度5 000 mm。錨索間排距2 400 mm×800 mm/1 600 mm×800 mm，錨固方式采用樹脂端部錨固，每根錨索使用1卷MSK2850和3卷MSZ2850樹脂藥卷。墊片規格為80 mm×80 mm×10 mm。頂部錨桿采用φ22 mm×2 800 mm左旋螺紋鋼錨桿，配合T140鋼帶按照“4-5-4”的方式菱形布置，錨桿間排距800 mm×800 mm/1 600 mm×800 mm，錨固方式采用樹脂端部錨固，每根錨桿使用1卷MSK2335和2卷MSZ2360樹脂藥卷，墊片規格為80 mm×80 mm×10 mm。

巷道側幫部采用φ22 mm×2 600 mm樹脂錨桿支護，每排施工4根，錨桿間排距1 000 mm×800 mm，靠近頂板幫錨桿距頂300 mm。錨固方式采用樹脂端部錨固，每根錨桿使用1卷MSK2335和1卷MSZ2360樹脂藥卷，并加墊規格400 mm×200 mm×50 mm的木托板，靠頂部和底部2排木托板橫向安裝，中間2排木托板豎向安裝。煤柱側幫部采用φ22 mm×2 800 mm左旋螺紋鋼錨桿，每排施工4根，錨桿間排距1 000 mm×800 mm，靠近頂板幫錨桿距頂300 mm。錨固方式采用樹脂端部錨固，每根錨桿使用1卷MSK2335和1卷MSZ2360樹脂藥卷，并壓設鋼筋托梁支護，規格為φ16 mm×3 200 mm，托盤使用Q235錨桿托盤，規格為150 mm×150 mm×12 mm。

2 回采巷道支護參數優化

2.1 錨桿間排距計算

黃陵二號煤礦巷道圍巖松動圈及采煤工作面合理隔離煤柱寬度已有相關研究成果，207運輸順槽巷道圍巖松動范圍在2.5～3.5 m之間。207帶式輸送機運輸巷頂板為5～7 m厚的粉砂巖，粉砂巖的密度為2.7 t/m3，煤的密度為1.37 t/m3。運輸順槽凈寬5 400 mm，凈高為3 600 mm。頂錨桿采用Ⅱ級鋼筋，直徑為22 mm，長度為3 200 mm；側壁采用樹脂錨桿，直徑為22 mm，長度為2 800 mm。按單體錨桿懸吊作用計算錨桿間距。

式中：δt—桿體抗拉強度，MPa；γ—巖體容重，kN/m2；k—安全系數，取1.5～1.8；l2—巷道頂板巖體破碎帶高度，m；d—錨桿桿體直徑，mm；a—錨桿間距，mm。

錨桿Ⅱ級鋼抗拉強度設計值為δt=300 N/mm2，γ=2.7 t/m3，K=1.8，l2=3.5 m，d=22 mm。經計算得a=819 mm，所以錨桿采用菱形布置，間排距為800 mm×800 mm。

2.2 錨索間排距選取

采用工程類比的方法確定錨索的間排距。文家坡煤礦錨索間距間排距在停采線以內為1.4 m×2.1 m，停采線以外錨索間排距為2.4 m×0.7 m；貫屯煤礦50206工作面巷道，錨桿間距為800 mm，采用菱形布置。錨索間距間排距在停采線以內為2.4 m×1.1 m；小紀汗煤礦11213工作面巷道，錨桿間距為800 mm菱形布置，錨索間距間排距在停采線以內為2.4 m×0.9 m。207帶式輸送機巷道的錨索間排距為2.4 m×0.8 m。綜合分析，207帶式輸送機支護參數為頂錨桿間距為800 mm，菱形布置，錨索間距為2.4 m×0.8 m。

2.3 優化設計

根據207運輸順槽巷道圍巖基本條件及實際揭露狀況，巷道支護采用錨網索聯合支護，具體優化設計如圖1所示。

a-巷道斷面圖；b-頂板支護圖圖1 207運輸順槽支護設計

巷道頂錨索使用φ21.8 mm×7 500 mm，十九芯鋼絞線，配合16#-4 500 mm槽鋼托梁架設支護，“一梁三索”，錨索間排距2 000 mm×1 600 mm，錨固方式采用樹脂端部錨固，每根錨索使用1卷K2850和3卷Z2850樹脂藥卷。

錨桿采用矩形布置，靠幫頂錨桿距巷幫300 mm，與頂板成30°角斜向上施工，中間5根頂錨桿均與頂板垂直，頂錨桿采用φ22 mm×2 800 mm左旋螺紋鋼錨桿，頂錨桿排間距800 mm×800 mm，錨固方式采用樹脂端部錨固，每根錨桿使用1卷K2335和2卷Z2360樹脂藥卷，使用φ16圓鋼×5 000 mm鋼筋托梁，“一梁七孔”，托盤使用Q235錨桿托盤，規格為150 mm×150 mm×12 mm。

幫部采面側采用φ22 mm×2 600 mm樹脂錨桿支護，每排施工4根，間排距1 000 mm×800 mm，靠近頂板幫錨桿距頂300 mm，與水平成10°角斜向上施工，最底部幫錨桿與水平成10°角斜向下施工。錨固方式采用樹脂端部錨固，每根錨桿使用1卷K2335和1卷Z2360樹脂藥卷，并加墊木托板，木托板規格400 mm×200 mm×50 mm，靠頂部和底部2排木托板橫向安裝，中間2排木托板豎向安裝。

幫部煤柱側采用φ22 mm×2 800 mm金屬錨桿，每排施工4根，間排距1 000 mm×800 mm，靠近頂板幫錨桿距頂300 mm，與水平成10°角斜向上施工，最底部幫錨桿與水平成10°角斜向下施工。錨固方式采用樹脂端部錨固，每根錨桿使用1卷K2335和1卷Z2360樹脂藥卷，并加鋼筋托梁支護，規格φ16 mm圓鋼×3 200 mm，托盤使用Q235錨桿托盤，規格為150 mm×150 mm×12 mm。

頂部及采面側幫采用復合網，頂部復合網規格為4 200 mm×5 800 mm，幫部復合網規格為1 200 mm×3 400 mm。采用尼龍繩連接，網片搭接100 mm，聯網步距200 mm。煤柱側幫部采用φ6.5 mm鋼筋網片，規格為1 000 mm×1 800 mm，采用上下2片搭接的形式，上下2片搭接200 mm，左右2片搭接100 mm，采用14#鐵絲連接，聯網步距200 mm。

3 回采巷道壓力觀測分析

使用KJ693型頂板動態監測系統對采掘工作面頂板在線實時監測，對已施工的錨桿支護巷道，每50 m在巷道頂板中線位置安裝一個頂板位移傳感器監測頂板離層狀態，2種傳感器交錯安裝，采用GMY400W型錨桿(索)應力傳感器觀測錨桿、錨索受力情況。采用GUW300W型頂板位移傳感器觀測頂板淺層和深層位移量。205運輸順槽采用的為原支護參數，通過與207運輸順槽相同位置測站的監測數據對比分析，結果如圖2所示。

a-頂板離層；b-錨索受力圖2 205、207運輸順槽支頂板監測分析

從圖2(a)看出，在支護參數優化前的205運輸順槽頂板上，位移量11 mm，207運輸順槽位移變化趨勢與205運輸順槽基本一致，監測周期內最大位移量11.8 mm。從圖2(b)看出，監測周期內支護參數優化前的205運輸順槽頂板錨桿載荷最大6.7 kN，參數優化后207運輸順槽頂板錨桿最大7.4 kN。

4 結論

(1)通過對黃陵二號煤礦207運輸順槽支護參數進行優化，首先從形式上改變了原來錨桿、錨索在同一根鋼帶上支護方式，為快速掘進提供便利；其次，為綜采超前支架的應用創造了條件，方便綜采工作面在回采中的退錨工作，達到采后頂板及時垮落。

(2)通過對支護參數優化后的巷道支護進行現場工程監測，發現巷道頂板下沉量基本控制在11 mm左右，且未出現大面積的頂板下沉現象，圍巖滿足巷道使用要求，支護方案符合安全生產要求。