礦井采掘巷道中高強支護方案的應用分析

王俊增

（潞安化工集團調度指揮部，山西 襄垣 046200）

引言

巷道支護是巷道高效掘進的前提條件，保證支護方案的有效性能夠保障施工人員的作業安全。尤其是對于部分新建礦井來說，初期采取的巷道支護方案通常和巷道圍巖的實際支護需求存在偏差，使得巷道掘進過程中圍巖變形過大，降低巷道的工作效率。針對上述問題，考慮礦井生產過程中的實際需求，在現有方案的基礎上進行優化改進，提出一種實際應用效果較好、能夠適應高強度采掘作業的支護方案，并展開分析。

1 某礦8 號煤層概況

某礦井當前主采煤層為8 號煤層，煤層均厚4.2 m，傾角均值3°，近似水平，煤層整體穩定，結構單一，全區可供開采。主采煤層上部由砂質泥巖直接頂以及泥巖、砂質泥巖混層老頂組成，二者厚度均值依次為7.8 m 以及16.5 m；下部由泥巖直接底以及砂質砂巖層老底組成，二者厚度均值依次為11.3 m 和12.8 m。1807 回風巷是當前礦井回采作業面回風巷道，埋深大于300 m，沿煤層頂板掘設，斷面呈矩形，斷面凈寬4 800 mm、凈高3 200 mm[1-2]。

2 巷道原支護方案及其不足分析

1807 回風巷現有支護方案為錨網索支護，相應參數包括：頂錨桿選取螺紋鋼錨桿，錨桿長2 400 mm、直徑20 mm，每排錨桿數量為6 根，相鄰錨桿間的間距為800 mm、排距為1 000 mm。頂錨索選取預應力鋼絞絲錨索，錨索長5 400 mm、直徑22 mm，采用“二O 二”的布置方式，相鄰錨索的間距為2 000 mm、排距為2 400 mm。巷幫選取玻璃鋼錨桿，錨桿長1 800 mm、直徑18 mm，相鄰錨桿的間距為800 mm、排距為1 000 mm[3-4]。綜上可知，現有支護方案錨桿錨索數量較多，密度較大，但是實際支護情況難以滿足要求，經測該支護方案下，巷道頂底板和巷幫移近量依次為324 mm 以及405 mm，變形量過大，出現嚴重的破壞，降低了巷道掘進的效率，威脅施工人員的生產安全。該方案支護效果不理想的原因包括：頂板支護錨桿和錨索參數設計不合理導致支護強度不足，造成巷道頂板下沉量過大；兩幫支護選取的巷玻璃鋼錨桿強度不足且未設置相應的補強支護方案。針對上述問題，設計合理的補強支護方案，保證巷道圍巖變形量的控制。

3 巷道支護方案改良分析

針對1807 回風巷道現有支護方案的不足之處，優化頂板以及兩幫的支護參數。優化后的頂板和巷幫支護示意圖如圖1、圖2 所示，具體參數如下。

圖1 優化后巷道頂板支護示意圖（單位：mm）

圖2 優化后巷幫支護示意圖（單位：mm）

1）頂板支護。頂板支護錨桿更換為高強度螺紋鋼錨桿，長度2 400 mm、直徑22 mm，相鄰錨桿間的間距為900 mm、排距為1 000 mm，與巷幫相鄰的錨桿同巷幫間的間距不得大于250 mm，頂錨桿和頂板布置為垂直關系。選取2 支樹脂錨固劑對錨桿進行加長錨固，錨固力超過150 kN，預緊力矩超過400 N·m。配套托盤選取拱形高強度鋼托盤，托盤長度150 mm、寬度150 mm、高度10 mm。頂板錨索更換為預應力鋼絞絲錨索，長度6 400 mm、直徑22 mm，相鄰錨索間的間距為2 000 mm、排距為2 400 mm，選取樹脂錨固劑對錨索進行加長錨固。配套托盤選取高強度可調心鋼托盤，托盤長度300 mm、寬度300 mm、高度16 mm，錨索預緊力超過300 kN。采用護網進行補強支護，頂板錨桿索支護表面鋪設兩層護網，第一層采用菱形金屬網，材料為10 號鐵絲，護網長度5200mm、寬度1300 mm；第二層采用高承壓塑料網，網孔長度30 mm、寬度30 mm。頂板鋼筋托梁選取鋼筋直徑14 mm，長度4 600 mm、寬度80 mm，為五孔結構[5-6]。

2）巷幫支護。支護錨桿更換為螺紋鋼錨桿，錨桿直徑22 mm、長度2 400 mm，每排錨桿的數量為4 根，上部3 根錨桿布置在鋼筋托梁孔內部，下部錨桿同W型鋼帶護板配合使用，上錨桿同頂板的間隔為300 mm，下錨桿同底板的間隔為400 mm，上部3 根錨桿間隔為800 mm，最后1 根錨桿同下部錨桿的間距為900 mm、排距為1 200 mm。巷幫布置的錨桿均使用2支樹脂錨固劑進行加長錨固，錨固力超過70 kN，預緊力矩超過40 N·m，配套托盤選取塑料托盤。巷幫鋼筋托梁長度1 900 mm、寬度80 mm，為三孔結構。支護表面鋪設菱形金屬網，護網長度3500mm、寬度1300 mm。與之配合的W 型鋼帶護板采用BHW-280-4-400 型。巷幫支護錨索更換為鋼絞絲錨索，錨索直徑22 mm、長度5 400 mm，采用“一O 一”的布置方式，支護錨索布置于巷幫兩排鋼筋托梁的中間位置，同頂底板間的間距均為1 650 mm，相鄰錨索間的排距為2 400 mm[7-8]。

4 支護方案優化后應用效果分析

采用十字測點法，對1807 回風巷道在優化后支護方案的作用下，巷道圍巖的控制效果進行檢測，采取實時檢測的方式對巷道圍巖的變形量進行檢測。在1807 回風巷道內設置2 個觀測站點，站點間的間隔為100 m，每3 d 進行1 次觀測作業，單次觀測時長為60 d。巷道表面位移變形量如圖3 所示。

圖3 1807 巷道表面位移變形量隨時間變化示意圖

根據圖3 不難看出，1807 回風巷道內布置的2個測站觀測結果大致相同，說明巷道表面位移變形量同時間的變化關系大致相同。前30 d 內，2 個測站觀測到的巷道表面變形量增長速率較大。1 號測站測得的頂底板以及巷幫變形量最大值依次是104 mm 以及125 mm，頂底板以及巷幫的變形速率依次是3.44 mm/d 以及4.23 mm/d；2 號測站測得的頂底板以及巷幫變形量最大值依次是111 mm 以及146 mm，頂底板以及巷幫的變形速率依次是3.65 mm/d 以及4.87 mm/d。后30 d 內，巷道頂底板以及巷幫變形量趨勢逐漸水平，圍巖變形量無明顯增大，也就意味著巷道圍巖處于穩定狀態。在整個監測過程中，巷道頂底板以及巷幫變形量最大值依次是112.6 mm 以及149.23 mm，變形量均未超過相關指標，觀測結果表明，優化后的支護方案使得巷道圍巖變形得到了很好的控制，提升了巷道的掘進效率，保障了施工人員的作業安全，使得巷道的綜合效益顯著提升。

5 結語

巷道圍巖變形問題是礦井回采過程中常見的問題之一，設計科學合理的支護方式保證巷道圍巖變形的控制，對于巷道掘進效率的提升以及施工人員的生產安全有重要意義。礦井管理者應當給予足夠的重視，安排相關人員，對于生產過程中相關環節進行深入研究，設計出科學合理的支護方案適應巷道的高強度采掘工作，完成巷道圍巖的有效控制，為礦井生產綜合效益提升打下扎實的基礎。