綜放工作面回采順槽掘進支護技術優化分析

韓海洋

（大同煤礦集團同發東周窯煤業有限公司，山西 大同 037000）

對煤礦回采工作面巷道的掘進支護工作而言，巷道的安全性尤為重要，高強的巷道支護技術可以作為當前一項較為重要的安全保障措施。東周窯礦2102皮帶順槽巷道由于煌斑巖侵入導致節理裂隙十分發育且呈現無規則分布形態，巷道礦壓顯現較為劇烈，存在支護強度不夠的問題。在對施工現場進行地質力學調查的基礎上，提出了回采巷道強錨桿、索支護技術。該技術主要采用高預應力強錨桿與錨索耦合支護，對安全高效開采具有重要意義。

1 地質概況及地質力學測試分析

1.1 巷道布置

同發東周窯煤礦8102綜放工作面位于4#煤層一盤區，2102皮帶順槽沿4#煤層底板掘進，巷道凈斷面寬5.5m，高3.5m，巷道長度1217m。8102工作面布置如圖1所示。

圖1 8102工作面平面布置

1.2 煤層賦存特征及頂底板巖性

根據鉆孔資料及掘進巷道揭露，4#煤層的厚度為2.67～8.58m，平均6.09m。煤層結構復雜，受煌斑巖侵入的影響，含有1～5層的夾矸，夾矸最大厚度是1.93m，最小厚度是0.23m，巖性大多數是砂質泥巖、炭質泥巖，其次是粘土質泥巖、泥巖。煤層的傾角為1°～4°，平均2.5°。

1.3 地質構造情況

根據盤區大巷掘進期間揭露可知，在2102皮帶順槽掘進至532m附近遇落差2.8m的斷層，在2102皮帶順槽掘進至878m附近遇落差3.5m的斷層。根據盤區巷掘進期間揭露和地面鉆孔煤層結構分析可知，該工作面局部地區有煌斑巖侵入。

1.4 頂板煤巖體強度測試、巖層結構分析

針對東周窯煤礦的地應力測量結果，按照地應力判斷標準，屬于中等應力區。

通過在2102皮帶順槽進行的頂板煤巖體強度測試、頂板鉆孔結構窺視，井下現場測試結果分析可知：

（1）2102皮帶順槽190m位置處頂板強度測試結果，頂板巖性強度變化較大，0～1.5m處砂巖的強度為84～103MPa，1.5～2.4m處煤體強度為6～10MPa。

（2）測試結果分析可知，受煌斑巖的影響，煤體的強度由10～25MPa降低為5～10MPa，同時煌斑巖自身節理裂隙較多、不完整，強度在50～100MPa變化。

（3）通過頂板結構鉆孔窺視結果綜合分析，頂板淺部約2.4m處結構較為完整，深部7.0m左右處結構較為完整。

2 回采順槽掘進支護方案優化

為確保2102皮帶順槽的安全掘進，根據圍巖變形特征和內部結構條件，確定采用強錨桿索聯合支護體系，并對新開挖巷道的圍巖附加強邊界條件，使其具有很強的承載力，充分發揮連續巖體自身的主動承載力，進而抵抗圍巖在應力重分布過程中的變形運動。

根據巷道支護形式和參數選擇優化分析，對2102皮帶順槽原支護方案進行優化，提出2102皮帶順槽強力錨桿支護優化設計。

2.1 2102皮帶順槽原支護方案

4#煤層2102皮帶順槽為矩形斷面，掘寬×高=5700×3600mm，凈寬×高=5500×3500mm，原支護設計方案支護布置如圖2所示。

圖2 原2102皮帶順槽支護參數圖

錨桿均采用Ф20×2200mm的高強度無縱肋螺紋鋼錨桿，排間距頂部900×1020mm、幫部900×900mm，頂、幫錨桿均采用高強球型托盤，其規格為長×寬×厚=150×150×10mm，幫錨桿采用450×280×4.75mm橫縱向雙向加強護幫板，其中角錨桿W型鋼護板橫向布置，幫錨桿W型鋼護板豎向布置，角錨桿與幫錨桿同一排，幫錨桿與頂錨桿間距錯開450mm。每根錨桿使用1支CK2335型和1支CK2350型錨固劑進行錨固，錨固力不低于85kN，扭矩不低于200N·m。頂板W型鋼帶規格為5400×280×3mm，排距為900mm。

錨索采用耦合均讓壓鳥窩錨索，規格為Ф17.8×8300mm，排間距2700×1500mm；采用高強球型托盤，規格為300×300×12mm，“三-三”布置；每根錨索使用3支CK2350型錨固劑進行錨固，預緊力不低于100kN，錨固力不低于200kN。

頂板網片采用Ф6.0-100×100鋼筋焊網，幫部采用網孔50×50mm的8#鉛絲菱形金屬網，幫網與頂網搭接長度為400mm，其余部分網片搭接長度為200mm。

2.2 2102皮帶順槽強力錨桿支護優化設計

2102皮帶順槽掘進期間不受動壓影響，僅在8102工作面回采期間受到超前支承壓力影響。但由于煌斑巖侵入導致節理裂隙十分發育且呈現無規則分布形態，巷道礦壓顯現較為劇烈，為此支護強度應適當加強，使2102皮帶順槽在煌斑巖侵入下掘進期間和本工作面回采期間能保持安全和穩定。順槽巷道斷面布置如圖3所示。

圖3 2102皮帶順槽支護優化后布置

（1）頂板支護。錨桿形式和規格：桿體是500#左旋無縱筋螺紋鋼筋，屈服強度大于等于500MPa，直徑22mm，長2.4m。錨固方式：樹脂的全長度錨固，用3支錨固劑，1支MSK2535，2支MSM2550低粘度慢速錨固劑，鉆孔直徑為30mm，錨固長度2028mm，錨固力設計為190kN。錨桿配件：使用強力錨桿扭矩螺母，配套使用高強度托板調心球墊、尼龍墊圈，托板選用高強度拱型，鋼材屈服強度大于等于235MPa，規格150×150×10mm，高度不小于36 mm，托板的承載能力應與桿體尾部螺紋承載力相匹配，強度大于等于尾部螺紋的極限拉斷力。W鋼帶：選取W鋼帶護頂，厚度大于等于4mm，寬度280mm，長度5400mm。網片規格：選取6.5mm鋼筋焊接的鋼筋網進行護頂，網孔規格100×100mm，網片規格5900×100mm，網之間交接100mm。錨桿布置：錨桿的排距是900mm，每排布置7根錨桿，錨桿的間距是850mm。錨桿預緊扭矩需要達到400N·m，而且不可大于550N·m。錨桿全部垂直巖面打設。

錨索形式和規格：錨索材料是21.8mm、119股的高強度低松弛預應力鋼絞線，錨索極限破斷拉力是582kN，最大力總伸長率大于等于5%，長度7300mm，鉆孔直徑30mm，選用2支MSK2535和2支MSM2550樹脂錨固劑，錨固長度2501mm。錨索托板：選取高強度拱形錨索托盤，規格是300×300×14 mm，材質為Q235鋼，高度大于等于60mm，配套使用調心球墊，承載力不能小于錨索的拉斷載荷。錨索布置：錨索采用“三-二-三”布置，錨索間距1700mm，排距1800mm，垂直頂板巖層打設。錨索的初始張拉達到300kN，預緊力在損失后大于等于240kN。

（2）巷幫支護。錨桿形式和規格：與優化方案中頂板支護的選取規格相同。錨固方式：樹脂加長錨固，采用2支樹脂錨固劑，1支為MSK2535，1支為MSM2550低粘度慢速錨固劑，鉆孔直徑30mm，錨固長度1277mm，錨固力設計為190kN。W鋼護板：選取W鋼護板厚度大于等于4mm，寬度280mm，長度450mm。錨桿配件：與優化方案中頂板支護的選取規格相同。網片規格：選用菱形的金屬網來護幫，材料是8#鐵絲，網孔的規格為50×50mm，網片的規格為3300×1000mm，網片之間交接長度100mm。錨桿布置：錨桿排距900mm，每排布置4根錨桿，間距900mm。錨桿預緊扭矩需要達到400N·m，而且不可大于550N·m。錨桿全部垂直巖面打設。

3 結論

（1）通過對綜放工作面回采順槽掘進支護技術進行優化，采用強力錨桿、錨索聯合支護，將增加新開挖巷道圍巖周圍的強邊界條件，使其具有較強的承載力，充分發揮連續巖體本身的主動承載力，進而抵抗圍巖在應力重分布過程中的變形運動。

（2）由于煌斑巖侵入導致節理裂隙十分發育且呈現無規則分布形態，巷道礦壓顯現較為劇烈。通過對回采面順槽巷道掘進支護技術方案的優化，從而起到加強支護強度的作用，確保了2102回采順槽在煌斑巖侵入下掘進期間和工作面回采期間巷道的安全及穩定。