秦 澤

（山西蘭花集團(tuán)莒山煤礦有限公司，山西 晉城 048027）

回風(fēng)巷道是綜采工作面通風(fēng)及輔助運(yùn)輸?shù)闹匾ǖ?，?duì)工作面安全開采具有重要意義[1-3]。由于回風(fēng)巷道服務(wù)于某一個(gè)或相鄰兩個(gè)工作面，受工作面采動(dòng)影響較大，特別是在工作面附近區(qū)域巷道圍巖應(yīng)力分布復(fù)雜，在持續(xù)采動(dòng)影響下容易發(fā)生破壞變形而影響工作面安全生產(chǎn)。本文以莒山礦f3201綜采工作面回風(fēng)順槽為工程背景，研究了巷道具體支護(hù)方案，并進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐。

1 工作面概況

f3201工作面為2采區(qū)首采工作面，工作面所采的3號(hào)煤層位于山西組下部，煤層厚5.5～8.15m，平均厚6.18m，煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，含0～2層矸石。該煤層穩(wěn)定可采，煤層頂板以泥巖、砂質(zhì)泥巖、粉砂巖、細(xì)粒砂巖為主，局部發(fā)育薄層泥巖偽頂；底板巖性為泥巖、砂質(zhì)泥巖。工作面設(shè)計(jì)長(zhǎng)度150m，推進(jìn)長(zhǎng)度1200m，采用綜放工藝回采，其中采2.2m，放4.0m，端頭不放煤。

f309回風(fēng)順槽沿底板掘進(jìn)，設(shè)計(jì)為矩形斷面，尺寸為3000mm×3000mm，考慮支護(hù)厚度，回風(fēng)順槽掘進(jìn)斷面設(shè)計(jì)尺寸為3200mm×3100mm。

2 巷道支護(hù)方案研究

工作面回采巷道布置之前，對(duì)3號(hào)煤層物理力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室測(cè)量，通過現(xiàn)場(chǎng)取樣、試件加工和多次測(cè)量，得出煤體物理力學(xué)參數(shù)見表1所示。經(jīng)過對(duì)3號(hào)煤煤樣物理力學(xué)性質(zhì)測(cè)試，結(jié)果表明3號(hào)煤強(qiáng)度較低并且節(jié)理裂隙較發(fā)育。經(jīng)過以往采區(qū)回采巷道現(xiàn)場(chǎng)勘查發(fā)現(xiàn)，巷道施工現(xiàn)場(chǎng)存在局部冒頂現(xiàn)象，個(gè)別破碎的較大塊煤懸于頂板，存在一定的安全隱患，給現(xiàn)場(chǎng)施工和巷道支護(hù)造成一定的困難。因此需要對(duì)巷道進(jìn)行合理支護(hù)，保障工作面安全生產(chǎn)。巷道支護(hù)示意圖如圖1所示。

f3201工作面回風(fēng)順槽沿3號(hào)煤層底板掘進(jìn)，屬于全煤巷道，采用FLAC3D有限差分?jǐn)?shù)值模擬的系統(tǒng)分析法[4-6]，綜合考慮地質(zhì)條件、巷道埋深、巷道斷面、圍巖體力學(xué)性質(zhì)、巷道服務(wù)年限、煤柱尺寸、錨固體力學(xué)性能等因素，確定巷道支護(hù)方案。

表1 試樣抗拉壓測(cè)試結(jié)果

2.1 錨網(wǎng)噴初次支護(hù)

錨桿采用高性能螺紋鋼錨桿，規(guī)格為Φ20mm×2000mm，頂錨桿和幫錨桿間排距均為800mm×800mm，錨桿孔直徑為Φ28mm。采用1卷K2335、1卷Z2360型樹脂藥卷加長(zhǎng)錨固，錨固長(zhǎng)度不少于1.0m。頂錨桿最低錨固力120kN，幫錨桿最低錨固力80kN，預(yù)緊扭矩不小于200N·m。托盤采用拱型高強(qiáng)度托盤，規(guī)格為120mm×120mm×8mm。鋼筋托梁采用Φ14mm的螺紋鋼焊接而成。鋼筋網(wǎng)采用10#鐵絲編織，網(wǎng)格為100mm×100mm，金屬網(wǎng)搭接長(zhǎng)度100mm，搭接處用雙股14#鐵絲雙股雙排扣綁扎連接，搭接處必須利用鋼筋托梁和錨桿壓緊。噴射混凝土強(qiáng)度等級(jí)C20，配比為1:2:2，摻3%～5%速凝劑，初噴厚度50mm左右，要覆蓋住錨桿托盤。

2.2 錨索加強(qiáng)支護(hù)

錨索直徑為Φ15.24mm，錨索長(zhǎng)度為8300mm，錨索采用2-0-1-0方式布置，間排距為1600mm×1600mm；孔徑為Φ32mm，采用1卷CK2335、2卷Z2360型樹脂藥卷加長(zhǎng)錨固；其極限承載力為260kN，延展率為3.5 %；采用高強(qiáng)度可調(diào)心托盤，規(guī)格為300mm×300mm×20mm，并采用專用錨具與設(shè)備進(jìn)行張拉、固定和切割。頂板錨索施工完成后，進(jìn)行復(fù)噴混凝土。復(fù)噴混凝土厚度50mm，使噴層總厚度達(dá)到100mm，并要覆蓋住錨索托盤。

2.3 底板處理

由于煤層厚度的變化，若底板巖性較差時(shí)，建議對(duì)底板進(jìn)行硬化處理，以維持煤幫的穩(wěn)定及安全。鋪底厚度為100mm，混凝土強(qiáng)度不低于C15。若巷道底板底臌嚴(yán)重時(shí)，可采用錨桿與錨索聯(lián)合支護(hù)或自鉆式內(nèi)注漿錨桿進(jìn)行加固。

圖1 巷道支護(hù)示意圖

3 應(yīng)用效果

為驗(yàn)證巷道支護(hù)效果，f3201工作面回采之前在距切眼300m位置布置測(cè)站，監(jiān)測(cè)巷道圍巖變形及錨桿錨固力，同時(shí)在回風(fēng)順槽超前支護(hù)區(qū)域超前支架立柱上布置立柱應(yīng)力監(jiān)測(cè)儀，監(jiān)測(cè)巷道超前應(yīng)力分布規(guī)律。

3.1 超前壓力分析

圖2為巷道超前支護(hù)阻力與距工作面距離變化關(guān)系曲線。由圖可知，巷道超前影響范圍為工作面前方約18m。在工作面前方0～4m范圍內(nèi)超前壓力較小，約為2MPa，工作面前方4～6m范圍內(nèi)應(yīng)力小幅度增大，工作面超前最大應(yīng)力約為15MPa，位于工作面前方約7.7m處。隨著超前工作面距離的增大壓力逐漸降低，在工作面前方約16.7m處壓力逐漸保持穩(wěn)定，壓力大小與原巖應(yīng)力大致相同。

進(jìn)一步分析可知，回風(fēng)順槽超前壓力影響范圍較小，高應(yīng)力區(qū)為工作面前方約7～11m處，該范圍對(duì)巷道圍巖穩(wěn)定性影響較大，其余超前區(qū)域?qū)ο锏婪€(wěn)定型影響較小。

圖2 巷道超前壓力曲線

3.2 巷道圍巖變形分析

圖3為巷道圍巖頂?shù)装寮皟蓭妥冃瘟考白冃嗡俣惹€。由圖可知，隨著工作面的臨近，巷道頂?shù)装逡平俊⒁平俣?、兩幫移近量、移近速度呈逐漸增大趨勢(shì)。在工作面前方30～40m范圍內(nèi)巷道兩幫移近量及移近速度基本保持不變，頂?shù)装逡平考耙平俣刃》仍龃?；在工作面前?0～30m范圍內(nèi)巷道頂?shù)装寮皟蓭鸵平亢鸵平俣瘸市》仍龃筅厔?shì)；在工作面前方0～10m范圍內(nèi)巷道圍巖變形量和變形速度大幅度增大：工作面附近頂?shù)装逡平考s為25mm，移近速度約為6mm/d，兩幫移近量約為22mm，移近速度約為2.9mm/d。由此可知工作面回采期間巷道變形量及變形速度相對(duì)較小，在采動(dòng)影響下巷道圍巖可以基本保持穩(wěn)定狀態(tài)。

圖3 巷道圍巖變形量及變形速度曲線

3.3 錨桿受力分析

圖4為采動(dòng)期間巷道錨桿受力隨工作面推進(jìn)距離變化關(guān)系曲線。由圖可知隨著工作面的推進(jìn)，巷道錨桿所受應(yīng)力呈逐漸增大趨勢(shì)：在工作面前方13m范圍以外巷道錨桿應(yīng)力在2kN以內(nèi)，所受應(yīng)力較?。辉诠ぷ髅媲胺?～13m范圍內(nèi)受采動(dòng)影響較大，錨桿應(yīng)力逐漸增大；在工作面附近應(yīng)力達(dá)到最大值，約為18kN。錨桿最大應(yīng)力仍小于錨桿設(shè)計(jì)的最小錨固力，表明錨桿支護(hù)參數(shù)合理，

錨桿支護(hù)系統(tǒng)可有效控制巷道圍巖變形，滿足安全生產(chǎn)要求。

圖4 巷道錨桿應(yīng)力曲線

4 結(jié)語

結(jié)合莒山礦f3201工作面回風(fēng)順槽實(shí)際煤層賦存條件及開采技術(shù)條件，考慮煤巖體實(shí)際物理力學(xué)參數(shù)，基于數(shù)值模擬分析方法，綜合考慮各影響因素給出了回風(fēng)順槽支護(hù)方案，并對(duì)該支護(hù)方案下巷道超前壓力、巷道圍巖變形及錨桿受力情況進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)。實(shí)踐表明巷道支護(hù)方案合理有效，可滿足工作面回風(fēng)及輔助運(yùn)輸要求。