鳳凰山礦XV3207巷支護(hù)設(shè)計(jì)改進(jìn)研究

關(guān) 昆

（山西晉煤集團(tuán)鳳凰山礦，山西 晉城 048006）

鳳凰山礦XV3207巷錨桿支護(hù)參數(shù)比較保守，打設(shè)錨桿錨索的密度偏大，巷道掘進(jìn)速度慢，采掘銜接緊張局面日益突出。為了緩解采掘銜接緊張的局面，提高巷道的掘進(jìn)進(jìn)尺，有必要采用數(shù)值模擬與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)相結(jié)合的方法，對(duì)該巷道的支護(hù)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，總結(jié)出適合于XV3207巷的錨桿支護(hù)最優(yōu)化方案，提高掘進(jìn)速度和生產(chǎn)效率。

1 概況

XV3207巷為XV 3304工作面進(jìn)風(fēng)順槽，蓋山厚度206.0～405.0m，平均330.1m。北為一五三盤區(qū)軌道巷、皮帶巷和回風(fēng)巷（均已掘），東為XV3306工作面（已圈出），西為未采區(qū)，南為盤區(qū)邊界，上覆9號(hào)煤為老窯區(qū)和94307機(jī)采工作面。巷道布置如圖1所示。

圖1 XV3304工作面巷道布置圖

15#煤層厚度1.62～2.91m，平均2.28m，含一層平均0.40m厚的夾矸。偽頂為泥巖，厚度0.10～0.86m，平均0.42m，普氏硬度系數(shù)2.5；直接頂和基本頂均為K2石灰?guī)r，厚度8.61～9.97m，平均厚度9.48m，抗壓強(qiáng)度為80.88MPa，普氏硬度系數(shù)8.09。

工作面整體為一單斜構(gòu)造，預(yù)計(jì)掘進(jìn)至距巷口530～590m范圍內(nèi)將揭露陷落柱（X21）。

2 初始支護(hù)設(shè)計(jì)及支護(hù)評(píng)價(jià)

原巷道斷面設(shè)計(jì)掘進(jìn)寬度為4.5m，高度2.6m，此巷道斷面為錨桿支護(hù)，每排3根，排距1000mm，間距1000mm。所有錨桿均垂直頂板打設(shè)，錨索直徑為Ф17.8mm，長(zhǎng)度5300mm，鋼絞線抗拉強(qiáng)度為1860MPa，每4排錨桿打1根錨索，排距6000mm，垂直頂板巖層打設(shè)。錨索預(yù)緊力≥150kN。如圖2所示。

圖2 4.5m×2.6m斷面原支護(hù)設(shè)計(jì)圖

3207巷現(xiàn)階段支護(hù)能夠滿足要求，但巷道550m往后出現(xiàn)不同程度的形變，頂板和左幫圍巖變形較大，主要存在如下問題：

（1）原支護(hù)密度過大，掘進(jìn)效率低，材料損耗嚴(yán)重。從現(xiàn)場(chǎng)圍巖觀測(cè)效果來看，巷道頂板巖層與錨固劑粘結(jié)良好，可適當(dāng)增加錨桿錨索間排距[1]。

（2）幫部支護(hù)效果欠佳。通過對(duì)左右兩幫錨桿拉拔試驗(yàn)可知，錨桿整體表現(xiàn)出扭矩大、預(yù)緊力小的特點(diǎn)，扭矩與預(yù)緊力的轉(zhuǎn)換系數(shù)不高，可改用減磨線圈或大功率漲拉儀器。

（3）現(xiàn)場(chǎng)錨網(wǎng)梁聯(lián)合支護(hù)體系用的是菱形網(wǎng)，護(hù)表強(qiáng)度不足，可改用護(hù)表效果更好的經(jīng)緯網(wǎng)，提高頂板和兩幫的護(hù)表效果[2]。

3 優(yōu)化設(shè)計(jì)

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況和試驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)錨桿、錨索型號(hào)進(jìn)行了重新選型，對(duì)頂錨桿的長(zhǎng)度、間距和護(hù)網(wǎng)進(jìn)行了重點(diǎn)優(yōu)化（表1）。

表1 3207巷斷面支護(hù)參數(shù)對(duì)比

對(duì)巷道斷面支護(hù)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，如圖3所示。

圖3 斷面優(yōu)化支護(hù)設(shè)計(jì)圖

此時(shí)錨桿排距1500mm，每排5根錨桿，間距1500mm；錨桿配件為減磨或尼龍墊圈，托板規(guī)格為150×150×8mm，網(wǎng)片采用經(jīng)緯網(wǎng)護(hù)頂，網(wǎng)孔規(guī)格50×50mm，每4排錨桿打1根錨索，排距6000mm，垂直頂板巖層打設(shè)。錨索預(yù)緊力≥150kN，其他支護(hù)參數(shù)不變。

4 試驗(yàn)?zāi)M

對(duì)前后數(shù)據(jù)進(jìn)行試驗(yàn)?zāi)M分析，得前后支護(hù)對(duì)比模擬圖如圖4所示。

圖4 參數(shù)優(yōu)化前后效果對(duì)比圖

從上圖可以看出，參數(shù)優(yōu)化后頂板圍巖漸變量從-30mm變化為-10mm，下沉量也得到了極大改善，對(duì)頂板圍巖的約束能力也進(jìn)一步提高，能夠有效控制頂板下沉變形[3]。還需對(duì)現(xiàn)場(chǎng)支護(hù)情況進(jìn)行工業(yè)性試驗(yàn)，并對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比參考。

5 工業(yè)試驗(yàn)及效果

在XV3207巷700m往后使用新的支護(hù)設(shè)計(jì)，并進(jìn)行了為期三個(gè)月的工業(yè)性試驗(yàn)。經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)效果觀測(cè)可知，700m往后巷道圍巖保持穩(wěn)定，頂板基本沒有發(fā)生離層，兩幫移近量不超過10mm，頂?shù)装逡平坎怀^10mm，并且變形已經(jīng)穩(wěn)定，不再產(chǎn)生新的變形，有效控制了圍巖的變形移動(dòng)。該結(jié)論與試驗(yàn)?zāi)M情況基本吻合。