煤礦巷道快速掘進(jìn)作業(yè)中支護(hù)方案的優(yōu)化分析

楊 濤

（霍州煤電集團(tuán)呂臨能化有限公司龐龐塔煤礦，山西 呂梁 033200）

引言

目前由于工作面不斷推進(jìn)，工作面頂板以及煤層都會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變換，傳統(tǒng)的支護(hù)形式不能滿足工作地質(zhì)的需要。因此，應(yīng)視以頂板變化情況來(lái)對(duì)巷道支護(hù)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。

1 工程概況

某煤礦年生產(chǎn)能力為60 萬(wàn)t，以4 號(hào)，5 號(hào)煤層為研究對(duì)象。經(jīng)過(guò)調(diào)查發(fā)現(xiàn)4 號(hào)煤層厚度比較薄，而5 號(hào)煤層厚度在2.85～8.25 m 內(nèi)[1-2]。在探究頂板變化情況時(shí)，選擇某一個(gè)運(yùn)輸巷道，其平均高度達(dá)到了3.2 m，而寬度達(dá)到了4 m，表1 所示為頂?shù)装迩闆r。

表1 某工作面頂板、底板情況表

2 工作面支護(hù)現(xiàn)狀分析

2.1 支護(hù)參數(shù)現(xiàn)狀分析

在設(shè)計(jì)巷道支護(hù)時(shí)，相關(guān)工作人員對(duì)工作面頂?shù)装迮c煤層所表現(xiàn)的特征進(jìn)行調(diào)查，下面制定出與巷幫匹配的支護(hù)：

1）介紹頂板支護(hù)情況，以錨桿與錨索進(jìn)行聯(lián)合的形式實(shí)現(xiàn)頂板的支護(hù)。一般可以把錨桿支護(hù)間距數(shù)值取為1 000 mm。與此同時(shí)，可以將每排錨桿的距離取值為1 500 mm，其中鋼筋型號(hào)設(shè)定為左旋無(wú)縱筋螺旋鋼筋，直徑22 mm。而在選定錨桿參數(shù)時(shí)，其長(zhǎng)度取值為2 m。而在固定錨桿時(shí)，往往選用2 只數(shù)脂藥卷。通常情況下，錨索支護(hù)參數(shù)：可以把錨索支護(hù)間距數(shù)值取為1 000 mm。與此同時(shí)，可以將每排錨桿的距離取值為1 500 mm，其中鋼筋，直徑與長(zhǎng)度分別為：18.9 mm、7.3 m[3-4]。

2）對(duì)幫支護(hù)參數(shù)介紹巷進(jìn)行介紹。通常情況下，工作面巷道兩側(cè)的錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)，其對(duì)應(yīng)的參數(shù)如下所示：錨桿支護(hù)選的距離為1 500 mm，錨桿間距數(shù)值取為1 000 mm，其中鋼筋型號(hào)設(shè)定為左旋螺紋鋼樹(shù)脂錨桿，直徑18 mm。為了能夠有效地優(yōu)化錨桿配置，護(hù)幫寬度可以達(dá)到2 000 mm，相應(yīng)的長(zhǎng)度為2 500 mm，圖1 表示相應(yīng)的工作面支護(hù)斷面。

圖1 某斷面原支護(hù)斷面圖（單位：mm）

2.2 原支護(hù)方案下支護(hù)效果分析

假如在作業(yè)時(shí)頂板出現(xiàn)較大的裂紋，并且出現(xiàn)了巷道兩幫變形的現(xiàn)象，那么為了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)支護(hù)缺陷，這時(shí)需要對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。表2 表示相應(yīng)的頂板與巷幫變形參數(shù)值。

表2 某工作面巷道變形情況表

由于傳統(tǒng)的支護(hù)存在一定的缺陷，從而誘發(fā)巷道頂板與兩幫圍巖位置出現(xiàn)應(yīng)力問(wèn)題。為了能夠有效地提高工作面的安全性，為此可以對(duì)工作面參數(shù)進(jìn)行全面的優(yōu)化。

3 優(yōu)化巷道支護(hù)參數(shù)以及進(jìn)行對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)

3.1 對(duì)巷道支護(hù)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化

3.1.1 錨桿參數(shù)

通常在固定錨桿運(yùn)輸順槽頂板后，在進(jìn)行優(yōu)化錨桿支護(hù)時(shí)，測(cè)量出自穩(wěn)隱形拱高度為1.9 m。可以借助公式（1）計(jì)算頂板錨桿長(zhǎng)度：

式中：L1為頂錨桿外露的長(zhǎng)度，取0.1 m；L2為自穩(wěn)隱形拱高度，取1.9 m；L3為錨桿伸入自穩(wěn)隱形拱外的距離，取0.5 m。

將數(shù)值帶入公式得出L=2.5 m。

經(jīng)過(guò)比較選定頂錨桿直接為20 mm。依據(jù)式（2）可以得到每排錨桿數(shù)量：

式中：n 為每排錨桿的數(shù)量；QB為錨桿的屈服強(qiáng)度，最大取65 kN；G 為頂板冒落拱內(nèi)部錨桿所能夠承擔(dān)煤體載荷，取151.98 kN。

將數(shù)值帶入公式得出：n=4.67。將每排錨桿數(shù)量圓整為5 根。

由于原有巷道寬度為6 200 m，而錨桿間距為1 400 mm，此外，相應(yīng)的每排錨桿間距測(cè)定為900 mm。經(jīng)過(guò)相應(yīng)的計(jì)算可以得到相應(yīng)的運(yùn)輸順槽頂板錨桿支護(hù)參數(shù)如下：直徑為20 mm，長(zhǎng)度為2 500 mm。

經(jīng)過(guò)計(jì)算對(duì)應(yīng)的排間距參數(shù)：順槽頂板錨桿支護(hù)對(duì)應(yīng)的錨桿支護(hù)參數(shù)為20 mm，長(zhǎng)度為2 500 mm，對(duì)應(yīng)的排間距為900 mm×1 400 mm。

3.1.2 錨索參數(shù)

選用公式（3）計(jì)算錨索長(zhǎng)度：

式中：Ls為錨索總長(zhǎng)度；La為直接頂厚度，取4.3 m；L為錨索自由段長(zhǎng)度，取3.2 m；Lc為錨索外露長(zhǎng)度，取0.3 m。

將數(shù)值帶入公式得出Ls=7.8 m。

3.2 對(duì)優(yōu)化后的支護(hù)參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)

為了對(duì)優(yōu)化后的巷道支護(hù)進(jìn)行驗(yàn)證，因此選取工作面實(shí)施20 d 內(nèi)巷道某50 m 段頂板和兩幫進(jìn)行驗(yàn)證，圖2 表示相應(yīng)的檢測(cè)結(jié)果。

圖2 支護(hù)參數(shù)優(yōu)化后工作面變形情況監(jiān)測(cè)結(jié)果

通過(guò)分析圖2 可以發(fā)現(xiàn)，在對(duì)工作面支護(hù)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化后，巷道頂板對(duì)應(yīng)的變形量最大僅32.5 mm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)支護(hù)下的頂板變形量為348.2 mm，巷道兩幫變形量?jī)H為10 mm，大大小于傳統(tǒng)支護(hù)下巷道兩幫變形量。經(jīng)過(guò)對(duì)工作面巷道進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)后，該優(yōu)化方案能夠有效地控制圍巖變形。

4 結(jié)語(yǔ)

煤礦安全生產(chǎn)已經(jīng)成為社會(huì)性的問(wèn)題，巷道支護(hù)效果對(duì)煤礦安全生產(chǎn)造成一定的影響。因此，為了能夠更好地優(yōu)化巷道支護(hù)效果，因此必須依據(jù)工作面煤層與頂板的情況，進(jìn)而選擇合適的支護(hù)。在進(jìn)行實(shí)踐的過(guò)程中，在應(yīng)用優(yōu)化后的支護(hù)，巷道頂板支護(hù)變現(xiàn)量不超過(guò)32.5 mm，而巷道兩幫變現(xiàn)量?jī)H為10 mm。由此可以看出，經(jīng)過(guò)對(duì)支護(hù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)發(fā)現(xiàn)，合理的工作面支護(hù)能夠有效地控制圍巖的變形情況。