回采巷掘進工作面支護優化及應用

張宏鋼

（汾西礦業曙光煤礦，山西 孝義 032300）

引言

巷道圍巖支護設計時應充分考慮巷道地質條件、實際需要，以便提出圍巖支護方案[1]。但是當支護設計之初考慮因素不全面時，往往導致支護的巷道圍巖變形量較大，難以滿足現場實用需要[2-4]。為此，眾多的工程技術人員、研究人員等對巷道支護設計以及支護參數優化等展開研究，其中王澤睿對大采高工作面超前支護中使用的單體支護存在的弊端進行分析，并通過在使用超前支架對巷道圍巖進行支護，有效控制了圍巖變形；潘峰等對3306軌道巷原支護參數存在問題進行分析，并依據軌道巷實際地質條件對巷道支護參數進行優化。上述研究成果為其他礦井回采巷道支護設計工作開展提供了經驗借鑒[5]。文中即在前人研究成果基礎上，對山西某礦18607運輸巷圍巖支護參數進行針對性優化，以便提高回采巷道支護效果。

1 工程概況

18607軌道巷設計掘進長度為1 890 m，斷面為矩形（凈寬、凈高分別為4.8 m、3.2 m），沿8號煤層頂板掘進。18607軌道巷掘進范圍內煤層賦存穩定，厚度平均為3.0 m、傾角3°，具體掘進范圍內煤層頂底板巖性參數見表1所示。

表1 8號煤層頂底板巖性

18607軌道巷使用錨網索方式控制圍巖變形，在頂板按照800 mm×1 000 mm間排距施工6根直徑20 mm×2 400 mm錨桿；按照2 000 mm×2 400 mm間排距施工2根直徑22 mm×5 400 mm錨索。巷幫煤巖體控制采用玻璃鋼錨桿，施工的間、排距為800 mm×1 800 mm。具體支護斷面見圖1所示。

圖1 18607軌道巷原支護斷面圖（單位：mm）

18607軌道巷原自錨網索支護強度較，但是現場監測發現頂板、巷幫最大變形量分別為320 mm、437 mm，圍巖變形量較大給巷道正常使用帶來一定威脅。現場分析發現，18607軌道巷采用的錨網索支護方案存在支護參數不合理問題，難以有效控制圍巖變形，因此需要支護參數進行針對性優化，以便提高圍巖控制效果。

2 巷道支護參數優化

針對18607軌道巷原支護參數圍巖控制效果不合理問題，分別對頂板、巷幫錨網索支護參數進行優化，優化后支護斷面見下頁圖2所示。

圖2 優化后的巷道支護斷面（單位：mm）

1）頂板支護。頂板支護按照900 mm×1 000 mm間排距施工22 mm×2 400 mm高強螺紋鋼錨桿，位于頂板兩側（最外側）錨桿與巷幫間保持250 mm間距，錨桿均垂直頂板布置。使用MSK2335、MSZ2360樹脂錨固劑，錨固長度950 mm，錨固后形成的錨固力應在150 kN以上，施加的預緊力在400 N·m以上；使用高強鋼托盤（150 mm×150 mm×150 mm）。頂板支護按照2 000 mm×2 400 mm間排距布置2根型號SJP22-1/1720-6400錨索，錨固用1支MSK2335、2支MSZ2360樹脂錨固劑、長度1 550 mm，配套使用可調心托盤（300 mm×300 mm×16 mm），錨固完成后施加300 kN預緊力。頂板用10號金屬絲編織而成金屬網片支護，規格（長、寬）為5 200 mm×1 300 mm，網孔為45 mm×45 mm。鋼筋托梁用D14 mm鋼筋焊接，長度×寬度=4 300 mm×80 mm。

2）巷幫支護。巷幫每側布置4根D20 mm×2 000 mm螺紋鋼錨桿，頂部、底部錨桿與頂板、底板間距為300 mm、400 mm，巷幫靠近頂板的3根錨桿間距為800 mm、下部2根錨桿間距為900 mm；錨桿排距為1 200 mm。巷幫錨桿用1支MSK2335、MSZ2360錨固劑錨固，錨固后施加給錨桿上的錨固力在70 kN以上，施工完成后給錨桿上施加40 kN預緊力。巷幫支護使用的金屬網片長度、寬度分別為3.5 m、1.3 m，金屬網片網孔大小為45 mm×45 mm。巷幫使用W鋼帶（型號BHW-280-4-400）護幫，W鋼帶長、寬、厚分別為400 mm、280 mm、4 mm。為提高巷幫煤體穩定性，在巷幫中部按照2 400 mm間距施工一錨索。

3 巷道圍巖支護參數優化效果分析

在對18607軌道巷圍巖支護參優化后，采用十字布點法對支護參數優化后的巷道圍巖變形量進行監測，不在的測點間隔為100 m，共計觀測60 d，具體監測結果見圖3所示。

圖3 圍巖變形量監測結果

從圍巖變形量監測結果得知，1號、2號測點變形趨勢基本一致。圍巖變形量在支護完成的30 d內變形量較大，其中頂板、巷幫最大變形速度分別為3.36 mm/d、4.32 mm/d，最大變形量分別穩定在106 mm、131 mm。在支護完成30 d后，巷道圍巖變形量基本趨于穩定，支護完成60 d后圍巖頂板、巷幫變形量最終穩定在135 mm、152 mm，圍巖變形量整體在合理范圍內，不會給巷道后續使用安全帶來威脅。

4 結論

1）18606軌道巷在原錨網索支護參數下巷道存在圍巖變形量過大，在一定程度上制約運輸、通風以及行人需要。為此，依據巷道圍巖變形特點對支護參數進行優化設計，具體是增強頂板錨桿索支護強度，將巷幫錨桿由玻璃鋼錨桿改為金屬錨桿、巷幫中部增加錨索。

2）對18607軌道巷優化設計完成后進行現場應用，并通過布置測點對巷道支護優化效果進行監測。結果表明，支護完成后，巷道圍巖在前30 d變形量較大，30 d后圍巖變形基本趨于穩定。最終在監測期間發現頂板、巷幫變形量最大分別為135 mm、152 mm，現場應用取得較好的圍巖支護優化效果。