同忻煤礦井下巷道補強支護工程實踐

豐 碩

（同煤國電同忻煤礦有限公司， 山西 大同 037003）

引言

同忻煤礦作為同煤集團的核心煤礦，年產量達1 000 萬t 以上，2703 綜采面巷道為目前同忻礦最主要的綜采面巷道，其蓋山厚度約為167.2 m，煤層傾角為2.4°，平均煤層厚度約為4.7 m，該區域地質條件相對復雜，巷道圍巖支護穩定性差，在實際生產中為了確保綜采作業的安全性，經常采用對巷道進行二次支護的方案進行加固，雖然安全性有了較大的提升，增加了支護作業的時間，但是影響了煤礦井下的綜采作業效率，無法滿足集團提出的降本增效需求[1]。根據長期綜采作業經驗，本文提出了一種煤礦井下巷道補強支護方案，該方案能夠有效降低巷道支護作業時間，提升煤礦井下的綜采作業效率。

1 巷道補強原理及現狀分析

煤礦井下巷道的補強支護實際上是對巷道圍巖和支護體在支護結構和支護時機上的優化分析，確保對井下巷道的支護穩定性和支護可靠性。對井下巷道補強支護研究的主要內容就在于通過對井下巷道圍巖狀態和穩定性的分析確定在何時采用何種類型的支護體結構。在實際分析的過程中主要是先計算出巷道圍巖的動態變化規律和圍巖礦壓峰值的變化狀態，然后給出最合理的支護方案，實現對巷道圍巖科學、合理的支護。

為了對不同時間點巷道圍巖礦壓峰值的變化情況進行分析，本文以同忻煤礦的2703 綜采面為研究對象，在井下綜采面的不同區域設置相應的傳感器設備，對掘進過程中巷道內的應力傳遞情況進行監測，巷道開挖后不同時間下圍巖的應力場變化狀態如圖1 所示。圖中R 表示距離巷道中心的距離，tn表示不同時間，pn表示不同時間下的礦壓峰值，σθ表示塑性變形區應力，σr表示彈性變形區應力[2]。

圖1 巷道開挖后不同時間下圍巖的應力場變化示意圖

由圖1 可知，當井下巷道成型后，巷道的應力場不斷向巷道的縱深位置擴散，巷道圍巖的礦壓峰值也隨之向著巷道圍巖深處轉移，巷道周圍在綜采作業過程中發現破碎的巖層的范圍也不斷地擴大并向巖層深處延展。隨著綜采作業的繼續，在礦壓波動下井下巷道外側的圍巖裂縫不斷加大，導致外側的巖層的破碎程度最為嚴重，越往巖層內側圍巖破碎程度越小。巖層的礦壓峰值區主要出現在巖層彈性邊界和塑性邊界的過渡區域[3]。根據實際監測表明，在綜采作業過程中巷道的圍巖礦壓峰值點轉移的速度相對較快，當巷道開挖后的第60 d 時巷道圍巖的峰值基本不再波動，此時的峰值點位于巷道中心外側約2.3 倍巷道寬度的巖層處，表明在該階段對其進行補強結構支護具有最佳的支護效果。

2 煤礦井下巷道補強支護方案

本文以同忻煤礦井下2703 巷道為分析對象，其巷道內綜采免得蓋山厚度約為167.2 m，煤層傾角為2.4°，平均煤層厚度約為4.7 m，根據巷道補強支護理論，分析該巷道補強支護的最佳時間為在巷道開挖后的第606 d，此時巷道的礦壓峰值點在巷道中心外側約2.3 倍處，經過對各類支護方案在支護效率、穩定性、經濟性和可操作性方面的綜合分析，最終采用了錨索梁補強支護方案，補強支護結構如圖2 所示[4]。

圖2 煤礦井下巷道補強支護結構示意圖（單位：mm）

由圖2 可知，該補強支護方案所采用的頂板錨索為直徑17.8 mm，長度為7 300 mm，每組設置量跟錨索，各錨索之間利用型鋼進行連接，型鋼的跨距為2 600 mm，各錨索之間的距離約為2 000 mm。煤柱幫所采用的錨索直徑17.8 mm，長度為5 000 mm，每組設置量跟錨索，各錨索之間利用工字鋼進行連接，工字鋼的跨距為2 100 mm，各錨索之間的距離約為1 500 mm。

3 巷道補強支護效果

為了對該煤礦井下巷道補強結構效果進行分析，本文將井下巷道綜采面補強前后的圍巖控制效果進行對比分析，在進行頂板位移變化量監測時，采用了十字布點發進行監控，補強前后的煤柱幫的變化量如圖3 所示。

由實際監測結果可知，在巷道補強前煤柱幫的最大變化量約為237 mm，井下補強后的最大變形量約為48 mm，補強后的變形量比優化前降低了79.8%，而且巷道煤柱幫的穩定時間由優化前的約19 d，降低到優化后的9 d，穩定時間降低了約52.6%，能夠有效降低煤礦井下支護作業所需的時間，提升井下的綜采作業效率。

圖3 補強前后頂板沉降變化量對比

4 結論

1）井下巷道補強支護方案是通過對井下巷道圍巖狀態和穩定性分析后確定何時采用何種類型的支護體結構。

2）在綜采作業過程中巷道的圍巖礦壓峰值點轉移的速度相對較快，當巷道開挖后的第60 d 時巷道圍巖的峰值基本不再波動，此時的峰值點位于巷道中心外側約2.3 倍巷道寬度的巖層處，表明在該階段對其進行補強結構支護具有最佳的支護效果。

3）在巷道補強后煤柱幫的最大變化量比優化前降低了79.8%，而且巷道煤柱幫穩定時間比優化前降低了約52.6%。