3308 底抽巷支護結構的優化

蘇 波

（山西晉城煤業集團趙莊煤業有限責任公司，山西 長治 046000）

1 概況

趙莊礦3308 底抽巷設計長度為1 218.136 m，巷道采用拱形斷面，掘進寬度為4.7 m，掘進高度為3.3 m（墻高2.3 m，拱高1.0 m），掘進斷面為13.77 m2，凈寬4.5 m，凈高3.2 m，凈斷面積為12.98 m2。基本頂為砂質泥巖，厚度3.50 m，單軸抗壓強度31.8 MPa，單軸抗拉強度1.06 MPa，普氏系數f=3.2；直接頂為K7 細～中粒砂巖，厚度2.1 m；基本底為砂質泥巖，厚度12.75 m。

該底抽巷最初的巷道支護采用了高預應力錨桿支護和預留煤柱的方案，但在實際應用中存在著支護結構復雜、支護效率低、穩定性差的難題，而且在綜采作業過程中巷道極易出現變形，需要人工頻繁地調整支護體結構，提高支護穩定性，給綜采作業安全和綜采效率帶來了極大的負面影響。因此趙莊礦成立了專門的技改小組，結合3308 底抽巷實際情況，對巷道圍巖變形的原因進行了分析，在此基礎上提出了以錨網梁聯合支護、錨索加強支護為核心的巷道支護結構。根據在3308 底抽巷的實際應用表明該支護方案具有結構簡單、支護效率高、穩定性好的優點，極大地提升了3308 底抽巷的工作穩定性和可靠性。

2 底抽巷變形原因分析

3308 底抽巷支護體支護穩定后，巷道圍巖會逐漸趨于穩定。隨著綜采作業的進行，3308 底抽巷的支護穩定性逐漸被破壞，圍巖內部的應力逐漸釋放，導致圍巖的表面發生塑性破壞，隨著應力的釋放塑性變形區域逐漸擴大并產生擠壓，在圍巖表面形成了大量的裂縫，圍巖沿著裂紋逐漸擴展形成了破碎區域。

隨著綜采作業的進行，破碎區域逐漸擴大，增加了3308 底抽巷的表面位移，進而導致了巷道圍巖變形受損。因此如何確保底抽巷在綜采擾動作用下的穩定性，防止裂紋產生和應力的釋放，是維護巷道圍巖穩定性的核心因素。對底抽巷巷道的支護，主要分為巷道頂板完整部分時的支護和在頂板破碎情況下的支護。在應力作用下，巷道圍巖變形結構如圖1 所示[1]，圖中P0表示綜采擾動下的壓強。

圖1 綜采擾動下3308 底抽巷巷道圍巖變形結構示意圖

3 底抽巷巷道的支護方案

（1）底抽巷頂板完整時，對巷道的支護要求相對較低，主要是防止在礦壓波動情況下圍巖的破碎，支護方式主要以錨索加強支護[2]為主。支護錨桿采用MSGLW-500/22-2400，錨桿桿體為22#左旋無縱筋螺紋鋼筋，長度2.4 m，桿尾螺紋為M24。錨桿布置時排距設置為1200 mm，間距設置為1200 mm，距幫202 mm，每排5 根錨桿。錨索的規格選用SKP22-1/1720-5400 mm、1×19 股高強度低松弛預應力鋼絞線，直徑為22 mm，長度5.4 m，加長錨固。錨索設置時采用排距為2400 mm，每排2 根錨索，間距為1884 mm，距幫1645 mm。

錨網采用10#鐵絲編織的金屬菱形網，網片位于頂板與鋼筋托梁之間，金屬網網格為70×70 mm，網片規格為1.35×5.5 m，網片之間采用搭接方式連接，搭接長度100 mm，采用雙股16#鍍鋅鉛絲捆扎，每隔100 mm 捆扎一道，擰結不少于3 圈，保證金屬菱形網緊貼巖壁。

錨固時錨索采用3 支錨固劑，錨固長度不小于2000 mm，預緊力不小于300 kN，錨索外露長度370 mm。錨索外露部分采用10#鐵絲以“H”型方式捆綁在頂網上，與錨索交叉處鐵絲擰結不小于3圈，鐵絲與網片捆綁不小于3 圈。3308 底抽巷頂板完整情況下的支護結構如圖2 所示。

（2）在底抽巷頂板破碎時，對支護的要求較高。為防止碎石的垮落及圍巖裂縫的進一步擴大，根據長期的探索，在3308 底抽巷內頂板出現破碎時采用錨網梁聯合支護[3]方案。支護時，錨索選用SKP22-1/1720-5400 mm、1×19 股高強度低松弛預應力鋼絞線，直徑為22 mm，長度5.4 m，加長錨固，尾部采用配套的高強度鎖具。托盤為配套的碟形托盤，規格為300×300×16 mm。錨索布置時，排距設置為1000 mm，間距設置為1050 mm，距幫設置為250 mm，每排設置5 根。

圖2 頂板完整時的支護方案

鋼筋托梁規格選擇T4300×80/14-100×80，采用直徑為14 mm 的鋼筋焊接而成，寬度為80 mm，長度為4.3 m。在安裝錨桿位置各焊接有兩段縱筋，縱筋間距100 mm，以便安裝錨桿。防護網的網片采用10#鐵絲編織的金屬菱形網護頂，網孔規格為70×70 mm，網片規格為1.35×5.0 m，網片之間采用搭接方式連接，搭接長度100 mm，采用雙股16#鍍鋅鉛絲捆扎，每隔100 mm 捆扎一道，擰結不少于3 圈，確保在承受沖擊情況下錨網的穩定性和可靠性。

錨網梁聯合支護時，采用樹脂加長錨固。錨索采用3 支錨固劑錨固，先放1 支規格為MSK2335的錨固劑，再放2 支規格為MSZ2360 的錨固劑。鉆孔直徑30 mm，錨固長度不小于1970 mm，預緊力不小于250 kN，外露長度為150～250 mm（鎖具外）。錨索外露部分采用10#鐵絲以“L”型方式捆綁（一側指向北，一側指向東）在頂網上，與錨索交叉處鐵絲擰結不小于2 圈，鐵絲與網片捆綁不小于3 圈。3308 底抽巷頂板破碎情況下的支護結構如圖3 所示。

圖3 頂板破碎情況下的支護方案

4 底抽巷支護穩定性分析

采用新的支護體系后，采用布點監測[4]的方式對各點的變形情況進行監控，結果如圖4 所示。

圖4 巷道內頂板和兩幫相對移近量

由圖4 可知，采用新的支護體系后，3308 底抽巷最初的位移量為40 mm，隨著綜采作業的進行，位移量逐漸增加，經過21 d 的綜采后，位移量達到了約160 mm 的最大值，然后逐漸趨于穩定。巷道的變形量遠小于未支護前的470 mm 的變形量，完全滿足煤礦井下安全穩定的支護作業需求，而且采用新的支護結構后，支護效率比優化前提高了約27.2%。

5 結論

為了解決趙莊礦3308 底抽巷巷道支護結構復雜、支護效率低、穩定性差、巷道易變形的難題，在對巷道圍巖變形原因進行分析的基礎上提出了一種新的巷道支護結構，以錨網梁聯合支護、錨索加強支護為核心。根據實際應用表明，該支護方案將巷道的變形量降低了65.9%，將支護作業效率提升了27.2%，實現了巷道的高效、穩定支護。目前該技術方案已在趙莊礦得到了廣泛的應用。