大斷面泥巖巷道支護設計優化及應用

趙 寒

(陜西彬長胡家河礦業有限公司，陜西 長武 713600）

1 工程概況

陜西彬長胡家河煤礦位于陜西省長武縣內，目前礦井正開采四號煤層，該煤層賦存穩定，煤厚變異較小，煤層結構較簡單，厚度12.8～27 m，平均厚度約23 m。402104 工作面煤層上方基本頂為中砂巖，厚度10.2～20.0 m，飽和抗壓強度6.7～17.2 MPa；直接底為鋁質泥巖，遇水極易軟化，屬于不堅硬不穩定型，一般厚度3～5 m。工作面正常涌水量為10 m3/h 左右，最大涌水量約20 m3/h，煤瓦斯含量0.32～2.12 ml/g。

402104 工作面運輸順槽為全錨網支護，矩形巷道，巷道凈寬×凈高=5.6 m×3.5 m，巷道凈斷面積19.6 m2。其中402104 工作面運輸順槽原有支護參數不合理，導致巷道變形嚴重，頂底板移近量最大可達750 mm，兩幫移近量最大可達890 mm，威脅礦井安全生產，需對巷道錨桿、錨索參數優化設計。

2 大斷面泥巖巷道圍巖變形破壞情況

402104 工作面運輸順槽在掘進過程中，巷道頂底板出現變形，兩幫收斂變形，通過井下實地考察發現，402104 工作面運輸順槽圍巖變形破壞如下：

（1）402104 工作面運輸順槽頂底板破壞情況

402104 工作面運輸順槽為矩形巷道，凈斷面19.6 m2，屬于大斷面巷道，在巷道掘進期間，在工作面切眼向外350 m 處頂底下沉量可達500 mm，底鼓量為250 mm，部分區域頂板出現網兜現象，錨桿被拉斷，個別錨索失效。

（2）402104 工作面運輸順槽兩幫破壞情況

402104 工作面運輸順槽周圍巖性大多為泥巖，兩幫最大變形處在巷道1200 m 處，由于受到周邊巷道擾動影響，最大兩幫變形量可達890 mm，巷道變形量大的問題存在安全隱患，亟需解決。

3 大斷面泥巖巷道錨桿、錨索支護參數優化

402104 工作面運輸順槽掘進凈寬5600 mm，巷中掘進凈高3500 mm，其402104 工作面運輸順槽原錨桿、錨索布置如圖1。對原支護情況下現進行錨桿錨索加密，巷道兩幫采用長3.5 m 短錨索支護，間排距為800 mm×800 mm，頂板為8 根錨桿，間排距700 mm×800 mm，頂板布置5 根錨索。其具體支護參數為：

頂板錨桿：頂錨桿采用Φ22 mm×2500mm 左旋無縱筋螺紋鋼錨桿配套200 mm×200 mm×12 mm 鋼托板，頂錨桿間、排距700 mm×800 mm，每根錨桿消耗3 節MSK2335 型樹脂，設計錨固力為70 kN，錨桿螺帽扭矩不小于300 N·m。金屬網采用直徑為6 mm 的Q235 鋼筋焊制，網格尺寸為100 mm×100 mm，網幅規格900 mm×1700 mm。金屬網壓茬連接，搭接長度不小于100 mm，相鄰兩塊網之間要用16#鐵絲連接，連接點要均勻布置，雙排扣距200 mm。

頂板和兩幫錨索：頂板錨索規格為Φ21.8 mm×7100 mm 鋼絞線，錨索間排距1200 mm×1200 mm，采用2500 mm 的16#槽鋼為托梁，鎖具與槽鋼托梁間墊片規格為120 mm×150 mm×20 mm。兩幫采用全短錨索支護，規格為Φ15.24 mm×3500 mm鋼絞線，錨索間排距為800 mm×800 mm，錨索外露150～250 mm，錨索錨固力為300 kN，預緊力210 kN。

圖1 402104 工作面運輸順槽錨桿、錨索布置

4 巷道圍巖變形觀測分析

在402104 工作面運輸順槽共布設2 個測點，第1 個測站設在巷道600 m 位置處，間隔100 m 布設第2 個測站，2 個測站同時進行觀測，采用“十”字布點法對巷道變形量進行監測。對2 個測站的監測數據進行統計分析處理，得到圖2 工作面運輸順槽圍巖變形位移曲線。

如圖2，402104 工作面運輸順槽在采用合理的支護參數后頂底板移近量和兩幫移近量變形趨于總體一致，兩幫變形量大于頂底板移近量。兩幫移近量最大值為270 mm，較原支護兩幫變形量減少了69.6%；頂底板移近量最大值為205 mm，其中頂板最大下沉占頂底板移近量的48.8%，為100 mm，較原支護頂底板移近量減少了72.6%。新支護參數下的巷道圍巖變形得到了有效控制，工程試驗表明巷道支護參數設計合理，支護方案可行。

圖2 工作面運輸順槽圍巖變形位移曲線

5 結語

對運輸順槽原支護方案錨桿錨索進行加密支護優化，且兩幫采用全短錨索支護后，在402104 工作面運輸順槽內布置2 個測點，觀測數據表明比原支護頂底板和兩幫變形量分別減少72.6%和69.6%。此支護方案在陜西彬長胡家河礦業公司應用效果較好，具有良好的經濟效益及推廣借鑒價值。