沿空巷錨桿支護(hù)優(yōu)化設(shè)計(jì)及效果監(jiān)測

唐 皓

（山西潞安化工集團(tuán)，山西 襄垣 046200）

引言

大力提升煤礦生產(chǎn)能力的根本除了掌握先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)，采用匹配性極高的生產(chǎn)設(shè)備外，最基礎(chǔ)的為保證其生產(chǎn)的安全性。煤礦生產(chǎn)的安全性除了對工作面瓦斯、水、火、電等方面事故進(jìn)行控制外，還需保證煤礦巷道的支護(hù)質(zhì)量和支護(hù)效果。除此之外，在保證煤礦安全生產(chǎn)的前提下還要求盡可能提高煤炭采出率，減少煤炭的浪費(fèi)。經(jīng)統(tǒng)計(jì)表明，由于工作面煤柱所造成的煤炭的損失為工作面煤炭浪費(fèi)的關(guān)鍵因素[1]。因此，加強(qiáng)對工作面沿空巷道的支護(hù)效果，盡可能減少巷道煤柱的寬度是未來煤礦巷道支護(hù)的努力方向之一。本文將對沿空巷道錨桿支護(hù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，并對優(yōu)化后支護(hù)效果進(jìn)行監(jiān)測。

1 1304工作面工程概況

本文以1304工作面為例對其沿空巷道的錨桿支護(hù)進(jìn)行優(yōu)化。1304工作面位于地下535 m和660 m之間，該工作面的走向長度為184 m，煤層平均厚度為7.5 m，煤層的傾角范圍為17°~21°，平均傾角范圍為19°。1304工作面采用的開采方式為走向長壁綜采放頂煤一次采全高全部垮落法，對應(yīng)的放煤步距為0.8 m，相匹配的放煤方式為一刀一放，對應(yīng)的煤層截割高度為2.7 m。本文涉及到對沿空巷道的支護(hù)，因此需精確掌握工作面煤層的頂?shù)装迩闆r，如表1所示。

表1 1304工作面的頂?shù)装迩闆r

經(jīng)探測，1304工作面瓦斯的絕對涌出量為0.68 m3/min，其對應(yīng)的相對涌出量為0.13 m3/t，屬于低瓦斯礦井。1304工作面配置有軌道順槽、皮帶順槽、切眼以及停采線。對1304工作面開采中遇到的問題進(jìn)行總結(jié)，可歸納為如下幾點(diǎn)：

1）鑒于1304工作面屬于孤島工作面，其兩側(cè)均為采空區(qū)，在長時(shí)間開采的影響下該工作面的邊緣位置已經(jīng)處于塑性變形階段；

2）總的來講，1304工作面煤層較軟、采高較大且截割深度較大，在實(shí)際開采過程中應(yīng)力集中現(xiàn)象相對明顯；

3）1304工作面沿空煤柱寬度的設(shè)計(jì)缺乏相應(yīng)的理論依據(jù)[2]。

2 沿空巷道錨桿支護(hù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.1 錨桿支護(hù)優(yōu)化設(shè)計(jì)原則

1304工作面由于其巷道支護(hù)存在不合理，導(dǎo)致其在實(shí)際開采過程中巷道的變形特征可總結(jié)為如下幾點(diǎn)：

1）沿空巷道極易受到采動(dòng)影響且在多次采動(dòng)的影響下，巷道的變形嚴(yán)重且變形量較大；

2）沿空巷道的變形速度快，而且主要表現(xiàn)為越接近工作面的煤壁其受采動(dòng)的影響越劇烈，沿空巷道的變形持續(xù)時(shí)間較長；

3）在長期采動(dòng)影響下，沿空巷道的變形嚴(yán)重且破碎程度嚴(yán)重；當(dāng)巷道變形達(dá)到極限時(shí)，其對應(yīng)的煤柱存在失穩(wěn)的安全隱患，而且隨著巷道的不斷深入失穩(wěn)的現(xiàn)象越嚴(yán)重。

結(jié)合沿空巷道圍巖的變形特征，將其采用的被動(dòng)支護(hù)方案優(yōu)化改進(jìn)為采用全新錨桿、錨索聯(lián)合支護(hù)方案，并依據(jù)如下原則開展錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)：

1）要求錨桿支護(hù)能夠在巷道開挖后對巷道進(jìn)行及時(shí)支護(hù)，避免圍巖破碎的現(xiàn)象；

2）要求錨桿支護(hù)能夠保證沿空巷道煤柱及圍巖的完整性；

3）將沿空巷道圍巖的變形量控制在允許范圍之內(nèi)；

4）在錨桿支護(hù)的基礎(chǔ)上，可采用錨索補(bǔ)強(qiáng)或注漿加固的方式對巷道進(jìn)行強(qiáng)化支護(hù)[3]。

2.2 錨桿支護(hù)參數(shù)的設(shè)計(jì)

沿空巷道錨桿錨索的支護(hù)情況如圖1所示。

圖1 沿空到錨桿、錨索支護(hù)情況（單位：mm）

如圖1所示，沿空巷道頂板采用錨桿錨索聯(lián)合支護(hù)，具體參數(shù)闡述如下:

頂板錨桿支護(hù)所采用錨桿類型為左旋螺紋鋼高強(qiáng)錨桿，錨桿的直徑為20 mm，長度為2 000 mm，為提升其支護(hù)效果，為頂板錨桿選用加長樹脂對其進(jìn)行錨固；并在此基礎(chǔ)上采用鋼筋網(wǎng)對其進(jìn)行強(qiáng)化支護(hù)，所采用鋼筋網(wǎng)的長度為2 200 mm，寬度為1 300 mm，保證相鄰兩塊鋼筋網(wǎng)搭接的長度不得小于100 mm。此外，結(jié)合錨桿預(yù)緊力設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，通過風(fēng)動(dòng)扭矩扳手將其預(yù)緊力設(shè)計(jì)為200 N·m[4]。

頂板錨索采用直徑為17.8 mm的高強(qiáng)度低松弛鋼絞線制成，對應(yīng)錨索的長度為6 300 mm，錨索間距為2 400 mm，錨索排間距為2 400 mm；根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)及巖層條件，對應(yīng)錨索的錨固長度約為1 300 mm，且要求錨索的預(yù)緊力不得小于150 kN。

對于沿空巷道兩幫主要采用錨桿支護(hù)，具體支護(hù)參數(shù)闡述如下：兩幫錨桿支護(hù)所采用的錨桿類型為做旋螺紋鋼高強(qiáng)度錨桿，對應(yīng)錨桿的直徑為20 mm，錨桿長度為2 000 mm，所選用的錨固劑的型號為MSZ2360；在此支護(hù)基礎(chǔ)上采用鋼筋網(wǎng)對其進(jìn)行強(qiáng)化支護(hù)，所采用鋼筋網(wǎng)的長度為2 200 mm，寬度為1 300 mm，保證相鄰兩塊鋼筋網(wǎng)搭接的長度不得小于100 mm。此外，結(jié)合錨桿預(yù)緊力設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，通過風(fēng)動(dòng)扭矩扳手將其預(yù)緊力設(shè)計(jì)為150 N·m[4]。

3 沿空巷道支護(hù)效果監(jiān)測

為了驗(yàn)證上述錨桿錨索聯(lián)合支護(hù)與以往被動(dòng)支護(hù)對沿空巷道的支護(hù)效果，設(shè)計(jì)相應(yīng)的礦壓監(jiān)測方案分別對沿空巷道圍巖的變形量進(jìn)行監(jiān)測。巷道表面位移觀察采用“十”字布點(diǎn)法進(jìn)行[5]。施工技術(shù)要求：

1）要保證垂直測點(diǎn)的連線與底板垂直，水平測點(diǎn)的連線與底板平行。

2）為準(zhǔn)確定位測點(diǎn)位置，需在各測點(diǎn)所在位置的煤巖體內(nèi)打一個(gè)深0.5 m，直徑為28 mm的鉆孔，然后在鉆孔中央放置一段長0.5 m，直徑為20 mm的螺紋鋼，并用1卷Z2360樹脂錨固劑把鋼筋固定在鉆孔內(nèi)，鋼筋要露出頂（底）板（幫）20 mm。

3）測點(diǎn)布置后，應(yīng)注意保護(hù)觀測斷面，防止測點(diǎn)被破壞。

基于上述方案對沿空巷道圍巖在回采期間的位移量監(jiān)測結(jié)果與原支護(hù)方案下對應(yīng)的巷道變形量如表2所示。

表2 沿空巷道支護(hù)優(yōu)化效果對比

如表2所示，對沿空巷道支護(hù)方案及參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)后頂板和兩幫的變形量得到明顯改善，即說明此次改造的有效性。

4 結(jié)語

加強(qiáng)對煤礦工作面的支護(hù)，提升其支護(hù)效果和支護(hù)質(zhì)量是保證高效、安全生產(chǎn)的前提。對于老礦井而言，隨著開采的不斷深入沿空巷道的變形在原支護(hù)方案下存在極大的風(fēng)險(xiǎn)，故需根據(jù)生產(chǎn)進(jìn)度和地質(zhì)、巖層等條件的變化對支護(hù)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。