下霍煤礦2306 工作面巷道支護及其監測研究

宋 楷

（晉能集團長治三元中能煤業有限公司生產技術科， 山西 長治 046600）

1 工作面地質條件分析

晉能集團中能煤業下霍煤礦地處長子縣慈林鎮五里莊村，井田面積40.79 km2，保有儲量24 028 萬t，設計生產能力240 萬t/a，當前主要開采3 號煤層。下霍煤礦2306 大采高工作面位于井田東部，南六采區交膠帶巷東南側，屬二迭統山西組下部3 號煤層。2306 工作面超向長1 150 m，工作面長度為200 m，工作面埋深660 m，埋深較深。煤巖層總體近南北走向，呈向西傾斜的單斜構造，煤層產狀260°～275°，煤層傾角為4°～9°,平均6°左右。該巷道延南北走向布置，巷道傾角為-3°～+1°，平均-1°，下山掘進，局部有起伏。2306 工作面老頂為粗砂巖，厚度2.50～9.75 m；直接頂為炭質、砂質泥巖及薄煤層互層，厚度0.6～3.5 m；偽頂為炭質泥巖，厚度0.1～0.2 m，直接底為砂質泥巖、細砂巖，厚度0.53～1.20 m。

2 巷道支護設計方案設計

根據下霍煤礦2306 工作面巷道開采現場監測數據結果，本著因地制宜、節約成本的原則，將2306工作面巷道附近劃分成三大區域，如圖1 所示。第一為超前支護區域，該區域位于工作面煤壁往外前方30 m，第二為架后臨時支護區域，處于架后0～200 m位置，第三為成巷穩定區域，處于架后200 m 之后位置。在對該工作面巷道進行支護時根據三個不同區域的具體情況采取不同的支護措施[1-3]。

2.1 超前支護區支護設計

從圖1 可知，超前支護區域位置2306 工作面的前端位置，該區域長度約30 m，在施工前必須進行超前支護。采用ZQL2×3200/17.5/35 型超前液壓支架進行支護，該支架設置有護壁板作為防護裝置，可提供臨時支護頂板的作用，維護頂板的穩定性。

圖1 2306 工作面附近三個區域分布示意圖

2.2 架后臨時支護區域支護設計

從圖1 可知，超后臨時區域長度約200 m，處于工作面采空區中段，必須做好該區域的支護設計，保障整個巷道圍巖的穩定。因此，支護設計過程中，立柱布局的間排距為500 mm×200 mm，安裝于巷道切縫側中。在支護當中，錨索布局采用3×3 結構類型，行距為1 200 mm，排距1 000 mm，錨索則采用了Φ21.6 mm×9 300 mm 的恒阻大變形錨索、Φ21.6 mm×5 200 mm 的鋼絞線錨索，Φ20 mm×2 000 mm 的螺紋鋼錨索，恒阻器直徑為65 mm，恒阻值為33 t±2 t，恒阻器長度為500 mm。采用鋼筋網加強支護，布置方式為1 500 mm×1 500 m，鋼筋網層間距0.1 m。

2.3 成巷穩定區域支護設計

從圖1 可知，成巷穩定區域位于工作面切眼與采空區段，長度約200 m，該區域段巷道受采動影響非常小，巷道頂板下沉量較小，同時單體支柱的壓力量也小。在支護設計時可認定該區域已處于穩定狀態，支護設計時可將巷道臨支護單體撤掉，保留采空區一側可伸縮U 型鋼進行擋矸支護即可。

3 工作面開采區監測方案設計

3.1 測站布置設計

針對下霍煤礦2306 工作面巷道施工實況，設計了一套PU 監測系統方案，主要作用是為了保證巷道安全。礦壓觀測內容如下頁表1 所示。

3.2 頂板離層儀觀測

在開口處以及施工中在巷道中心線上每50 m打設頂板離層儀1 個，位置誤差不超過5 m，距離迎頭不超過50 m。深基點8 m，淺基點2.5 m。每50 m安裝錨索、錨桿應力計。頂板離層儀觀測的安裝如圖2 所示，頂板離層儀安裝與巷道走向垂直，巷道掘進施工過程中及施工完畢后，定期對離層儀進行觀察、觀測并記錄。

表1 礦壓觀測內容、目的及手段表

圖2 頂板離層儀安裝示意圖

3.3 錨桿（索）測力計觀測

在開口處以及施工中，在巷道每50 m 處安裝錨索、錨桿應力計，位置誤差不超過10 m，距離迎頭不超過50 m。

3.4 錨桿（索）受力

錨桿（索）受力抽檢要求：頂板螺紋鋼錨桿抽檢時抗拔力不小于108 kN；幫部螺紋鋼錨桿抽檢時抗拔力不小于90 kN，玻璃鋼錨桿抽檢時抗拔力不小于36 kN；錨索抗拔力不小于180 kN。

3.5 錨桿（索）錨固力抽檢

巷道掘進施工過程中安排專人，現場進行拉拔試驗。對于錨桿，按每300 根隨機抽樣檢查一組（5根，頂板3 根及兩幫各1 根）；對于錨索按每100 根隨機抽樣檢查一組（5 根），合格率達到100%。（試驗結束后對試驗錨桿（索）做“檢”標記）。

3.6 錨桿（索）預緊力矩檢測

錨桿（索）預緊力矩檢測要求：頂板螺紋鋼錨桿扭矩不小于250 N·m；幫部螺紋鋼錨桿扭矩不小于200 N·m，玻璃鋼錨桿扭矩不小于70 N·m。

3.7 巷道圍巖觀測點設置及觀測要求

掘進巷道進行圍巖觀測分析，巷道施工每掘進50 m 設置一處圍巖觀測點，圍巖觀測點應設置好觀測牌，圍巖觀測周期與離層儀觀測周期一致。如果巷道頂底板移近量或者兩幫移近量大于50 mm 時，必須立即停產并立即匯報調度室及生產技術部，經過處理，在保證安全的前提下方可繼續生產。

4 監測結果分析

對2306 工作面120 m 和240 m 兩組測站巷道表面位移監測結果進行分析，其現場觀測曲線如圖3 和圖4 所示。

圖3 2306 工作面巷道120 m 處位移曲線圖

圖4 2306 工作面巷道240 m 處位移曲線圖

從圖3 和圖4 數據可知，該巷道頂底板最大移近量為280 mm，兩幫最大位移量為140 mm，巷道變形量相對較小，支護方案合理，能有效控制巷道圍巖的變形量，支護效果理想。從頂板離層儀監測結果可知，離層值大部分監測結果為0，少部分離層值為1～5 mm。

從巷道表面危機監測結和頂班離層監測結果可知，下霍煤礦2306 工作面巷道支護方案合理可行，巷道圍巖變形量較小，能有效控制圍巖的穩定性[4-6]。