沿空順槽支護優(yōu)化及效果考察

樊 智

（潞安集團潞寧煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 忻州 036700）

潞寧煤礦5318 綜放工作面運輸順槽出現(xiàn)較為劇烈的礦壓顯現(xiàn)，分析其原因主要為沿空巷道受臨近工作面回采的影響，掘進前煤體及煤層頂板中的支承壓力已經(jīng)發(fā)生較大變化，礦壓顯現(xiàn)比有煤柱的工作面更強烈。為此，對沿空順槽煤巷錨桿支護技術(shù)進行了研究和探索[1-3]，重點放在“沿空順槽錨桿支護巷道礦壓研究”上，目的在于優(yōu)化錨桿結(jié)構(gòu)及現(xiàn)場施工工藝等。該研究對提高支護效果、降低支護成本，對回采巷道的支護改革與快速掘進技術(shù)發(fā)展等，都具有學(xué)術(shù)價值與重要的現(xiàn)實意義[4-5]。

1 試驗巷道工程概況

5318 運輸順槽位于3#煤層，緊鄰4320 綜采工作面采空區(qū)，巷道沿煤層底板掘進，煤層結(jié)構(gòu)簡單，平均厚度8.5 m，埋深410 m，煤層硬度為1.7～2.3，屬于硬質(zhì)煤層。煤層直接頂板為8.6 m 灰色粉砂巖，基本頂為24.5 m 的白色中粒砂巖，直接底為0.85 m灰色泥巖，遇水軟化，基本底為21 m 的細質(zhì)砂巖和粗粒砂巖互層。

5318 運輸順槽在進行支護設(shè)計時，參考了其他綜采工作面順槽支護參數(shù)，設(shè)計采用錨網(wǎng)支護，間排距900 mm×900 mm，錨桿尺寸Ф20 mm×1800 mm。工作面在回采過程中出現(xiàn)嚴重頂?shù)装遄冃危植垮^桿斷裂現(xiàn)象，嚴重影響生產(chǎn)安全，同時為工人增加了工作量。

2 巷道支護參數(shù)優(yōu)化設(shè)計

2.1 巷道位置及斷面的確定

巷道的布置位置取決于區(qū)間煤柱的寬度，位置的選擇對頂板的控制和礦壓顯現(xiàn)有著至關(guān)重要的作用。在工作面設(shè)計的過程中充分考慮頂?shù)装謇砘瘏?shù)，結(jié)合關(guān)鍵層理論，計算確定沿空側(cè)煤柱寬度為3.5 m，根據(jù)運輸、通風(fēng)、行人的需求，確定巷道斷面形狀為矩形，巷道寬度3.7 m，高度3.0 m。巷道錨桿支護參數(shù)如圖1。

圖1 巷道錨桿布置圖（單位：mm）

2.2 巷道支護參數(shù)優(yōu)化

由圖1 所示，巷道頂板布置5 根錨桿，間排距800 mm×650 mm，錨桿選擇Ф20 mm×2800 mm，兩幫選用螺旋無縱筋單向螺紋錨紋鋼，錨桿尺寸為Ф20 mm×2200 mm，間排距與頂板錨桿相同。頂板及實體煤幫錨固方式為端錨，采空區(qū)側(cè)錨固方式為全錨，同時巷道幫采用經(jīng)緯網(wǎng)，頂板采用弓形鋼帶加強支護。

3 5318 綜放沿空巷道礦壓顯現(xiàn)及變形規(guī)律

3.1 掘進期間

潞寧煤礦5318 沿空巷道回采期間圍巖變形量和變形速度曲線如圖2 所示，5318 沿空巷道掘進期間表面位移如表1 所示。

圖2 5318 沿空巷道回采期間圍巖變形量和變形速度曲線

由表1 及圖2 可知，沿空巷道在掘進影響期內(nèi)，各個斷面移近速度存在較大的差異。兩幫移近速度最大可達到93 mm/d，最小僅為36.5 mm/d，頂?shù)装逡平俣茸畲罂蛇_到32.5 mm/d，最小為3.67 mm/d，主要由于巷道局部地質(zhì)變化或錨桿支護施工質(zhì)量不嚴格所致。掘進影響期一般為14～15 d。巷道掘進變形穩(wěn)定后，兩幫最大變形速度為2.06 mm/d，最小為0.38 mm/d，平均為1.52mm/d；頂?shù)鬃畲笞冃嗡俣葹?.16 mm/d，最小為0.25 mm/d，平均為0.69 mm/d。選取各個斷面前34 d 的變形量作為可比變形量，進而得出巷道兩幫的變形量最大為405 mm，最小為212 mm，平均為315 mm；頂?shù)装宓南鄬σ平孔畲鬄?50 mm，最小為59 mm，平均為112 mm。

表1 潞寧煤礦5318 沿空巷道掘進期間表面位移

3.2 回采期間

5318 綜放工作面沿空巷道在回采期間共設(shè)6 個測面，對巷道的表面位移進行了觀測，從6 個測點中選出一組典型巷道圍巖移近量和移近速度曲線如圖3。

由圖3 可得出綜放沿空巷道圍巖變形具有如下特點：

（1）5318 沿空巷道在回采影響期間，各個測面移近速度比較一致。其中，頂?shù)装逡平孔畲?95 mm，最大移近速度170 mm/d，平均為55.1 mm/d：兩幫最大移近量1421 mm，最大移近速度772 mm/d，平均為45 mm/d。

（2）5318 綜放沿空巷道在工作面100 m 處開始受到采動影響，超前明顯影響一般出現(xiàn)在工作面前方35 m 左右，在此段內(nèi)沿空巷道圍巖變形較大，需進行超前支護。

（3）沿空巷道在回采影響期內(nèi)，主要以兩幫的移近量為主，其變形一般是頂?shù)装逡平康膬杀叮辉陧數(shù)装逡平恐械坠牧看笥陧敯逑鲁亮浚辉趦蓭鸵平恐袑嶓w煤幫底移近量要比煤柱側(cè)的移近量更大一些。巷道煤幫、煤柱側(cè)由于煤柱松碎，錨桿錨固力不夠大，煤幫以整體移近為主，實體煤側(cè)下部的移近量要大于上部的移近量，表現(xiàn)為向巷道內(nèi)滑落的趨勢；巷道頂板比較完整，呈均勻下沉。以上分析表明， 5318 綜放沿空錨桿支護試驗巷道的圍巖變形得到了有效控制，雖然兩幫收斂較大，但巷道整體穩(wěn)定性較好，礦壓顯現(xiàn)較為劇烈，巷道變形仍處于工程允許范圍之內(nèi)，故認為巷道錨桿支護系統(tǒng)是安全的。

圖3 5318 沿空巷道回采期間囤巖變形量和變形速度曲線

4 綜放回采巷道錨桿支護的主要礦壓特征

綜放面煤巷錨網(wǎng)支護表面位移、頂板離層量如表2 所示。

表2 綜放面煤巷錨網(wǎng)支護表面位移、頂板離層

由表2 可知：

（1）巷道成巷期間的圍巖變形量不大，上部巷道變形量小于下部，沿頂巷道小于沿底巷道，實體煤巷道小于沿空巷道。

（2）在頂板離層方面，上部及沿頂巷道小于沿底巷道，與沿空巷道差異不大，同巷道表面位移相比，沿空巷道明顯小于頂板變形量，其他巷道與表面位移差異不大。表明：頂板穩(wěn)定完整，其離層量較小；沿空巷道離層量明顯小于頂板變形量，因為巷道頂煤整體性較好，其頂板變形主要是由直接頂及以上巖層的離層造成的。

以上表明，在綜放沿空巷道使用錨桿支護有顯著的社會效益、技術(shù)效益和經(jīng)濟效益。

5 結(jié)論

主動的錨桿支護比被動的架棚支護效果明顯改善，在技術(shù)上是可行的。掘巷期間巷道變形量較小，回采期間變形量較大，回采受影響變形量約占總量的88%，巷道兩幫移近量中煤柱一側(cè)的移近量占主要部分。因此，小煤柱側(cè)幫應(yīng)是巷道支護的重點，頂板支護的重點是保持頂板的完整性。支承壓力顯著影響范圍達30 m，應(yīng)采取必要的加強支護措施。