坪上煤業23011 巷支護改進研究

張晨交

（山西晉煤集團沁秀煤業有限公司， 山西 晉城 048006）

1 現場概況

23011 巷是坪上煤業二盤區首個工作面的進風順槽巷道，巷道沿頂板掘進，煤層厚度4.9 m。該巷道位置偏遠，構造較多，構造應力場復雜，開采擾動影響強烈，巷道目前掘進至650 m，從現場圍巖條件和支護效果來看，目前一次使用巷道的錨桿支護效果很好，但支護密度過大、支護效率低，同時還存在如下問題：一是高剛度錨桿成本過高，不利于推廣和應用，二是影響錨桿預應力的因素較多，錨桿預應力損失嚴重。因此非常有必要分析降低巷道支護密度的可行性，提出低密度高強度支護設計，以提高巷道掘進效率。

2 研究內容

對23011 巷地應力情況及地質條件進行調查，利用計算機軟件測定23011 巷的煤體強度，對巷道的初始設計進行分析改進，提出一次使用順槽巷道錨桿支護初始設計，并對現場實施情況進行效果驗證。

3 地應力情況

對23011 巷400 m 前后選取三點進行地應力測試，具體位置為：第一測站位于井底車場配風巷內，第二測站位于2301 外回風順槽內，第三測站位于東軌大巷，距離6 號橫川向里60 m 處，測試結果見表1。

表1 地應力特征表

結合表1 所測數據可知，從地應力量值上來劃分，該區域屬于中等應力值區域。最大水平主應力方向均為北偏東方向，垂直應力主要影響巷道的兩幫。在應力場中平行于最大水平主應力方向是最佳巷道軸線方向[1]。

4 煤體強度參數測定

在西翼軌道巷靠近2301 工作面附近進行了煤體強度測試，測試結果如圖1、圖2 所示。

圖1 23011 巷道北幫煤體強度測試結果

圖2 23011 巷道南幫煤體強度測試結果

由圖中可以看出，巷道兩幫煤體強度最大17 MPa，最小5 MPa，平均強度在10 MPa 左右，煤體強度整體較低。

5 力學評估

根據上述研究成果，對該區域圍巖進行綜合生產地質力學評估。

5.1 圍巖巖性

該區域煤層頂板圍巖分布分層少，整體性好，圍巖巖性以泥巖、砂質泥巖、砂巖為主，結構性較好，整體強度相對較高。從結構窺視來看，圍巖塑性區最大深度為3.5 m，且破碎區無離層破碎。

5.2 地應力分布情況

該區域為中等強度地應力分布區，最大水平主應力方向為北偏東方向，與巷道軸線近似平行，為巷道維護的最優方向[2]，地應力分布情況利于巷道支護與優化。

5.3 水文與地質構造情況

該區域水文地質類型定為二類二型中等，補給來源少，涌水量不大，易于管理。

根據地質說明書，本盤區內大中型斷層不太發育，小型斷層及陷落柱較為發育，整體條件較好，但掘進時需注意小型構造的影響。

5.4 生產條件

試驗巷道23011 巷為一次使用順槽，巷道斷面為矩形，斷面積4.5 m×3.1 m，巷道斷面較小，巷道掘進時周邊無采動影響，生產條件良好。

綜合來看，該區域生產地質條件相對簡單，有利于進行巷道維護，滿足巷道低密度高強度支護優化的基礎條件。在3 號煤層一次使用順槽實施高強低密度支護技術是完全可行的。

6 支護設計

試驗巷道局部地段煤層大約有13°傾角，巷道為梯形斷面。根據巷道圍巖變形量和通風設計要求需要，巷道掘進斷面為4.5×（3+4）/2 m2。巷道沿煤層頂板掘進。支護設計布置圖如圖3 所示。

圖3 2301 工作面順槽煤層傾角13°時巷道支護設計布置圖（單位：mm）

1）當巷道掘進超高時，應根據現場具體情況，巷道高度超過500 mm 時每排每幫補打1 根錨桿進行加強支護。

2）當巷道掘進超寬時，應根據現場具體情況，巷道寬度超過800 mm 時每排補打1 根錨桿；寬度超過1 500 mm 時每排補打1 根錨索和1 根錨桿進行加強支護。

3）當巷幫煤體松軟破碎巷幫成型較差時，巷幫錨桿全部采用單體錨桿進行支護，并用W 鋼護板進行護表。

4）巷道頂板破碎時，根據現場具體情況通過縮小錨桿、錨索間排距、增加錨索加強巷道支護強度。

7 現場驗證

在23011 巷道布置1 號測站，對巷道正常掘進時頂底板和兩幫的圍巖變化進行監測，得其表面位移曲線如圖4 所示。

圖4 巷道掘進時表面位移監測曲線

從監測曲線可以看出，各測點隨著相距掘進工作面距離增大，變形速度由大逐漸變小，直至變形穩定。巷道總變形量不大，頂板下沉量較小（最大20 mm），頂底板最大移近量57 mm，兩幫最大移近量94 mm。工作面正常推進時，巷道變形仍然在持續，保持一個比較低的速度發生緩慢蠕變變形。但巷道變形受工作面動壓的影響是最敏感的因素，一般超前工作面100 m 外開始發生變形，超前工作面30 m 處為變形劇烈區[3]，巷道變形均以兩幫變形為主，巷道變形量不大。

8 結論

對坪上煤業23011 巷道地質和生產條件調查分析，針對23011 巷圍巖條件和受力特征，確定巷道優化支護方案，提高了錨桿、錨索支護排距，同時將錨索支護長度降低，有利于預緊力的有效發揮，形成低密度高強度穩定型支護體系。優化后的巷道支護設計用于井下試驗。井下礦壓監測表明，掘進期間煤幫最大移近量94 mm，巷道變形以兩幫變形為主，且對回采動壓引起的反應敏感，一般超前工作面100 m外開始發生變形，變形劇烈區位于超前工作面0～30 m 處，兩幫最大位移量為176 mm，頂板下沉量最大為31 mm，巷道變形量不大。應用分析表明，采用優化后的支護方案，支護效果良好，維護量小，支護成本降低18.64%，掘進效率提高10%。