袁 肖

（寺河礦企管部，山西 晉城 048006）

大采高工作面由于采高大，基本頂垮落步距大，礦壓顯現(xiàn)劇烈。在采動影響下，巷道圍巖受力明顯，變形量較大，需針對厚煤層大采高工作面巷道支護設(shè)計進行研究。寺河礦由于生產(chǎn)地質(zhì)條件變化，局部巷道出現(xiàn)軟煤、片幫、頂板不穩(wěn)定巖層增厚、可采煤層變薄等地質(zhì)異?，F(xiàn)象，參照其他盤區(qū)支護參數(shù)進行巷道支護后，六盤區(qū)工作面一次順槽和復(fù)用巷道變形幅度較大，曾發(fā)生過頂板冒落，巷道掘進和工作面回采緩慢[1]。

為保證巷道支護效果，對寺河礦東六盤區(qū)的生產(chǎn)地質(zhì)條件進行詳細調(diào)查，評估巷道支護系統(tǒng)安全性，在此基礎(chǔ)上提出更加合理的巷道支護參數(shù)，將6302 工作面順槽63022、63023 巷作為工程示范，通過動態(tài)施工質(zhì)量檢測和錨桿支護監(jiān)測保證巷道安全使用。

1 概況

寺河礦主采3 號煤層，蓋山厚度320～400 m。3 號煤厚6.2 m，煤層傾角平均為6°。6302 工作面走向長度921 m，傾向長度305 m，采用“一進兩回”三巷布置。工作面南側(cè)為63021 巷，北側(cè)為63023巷和63022 巷，兩巷間煤柱中-中50 m。63021 和63023 巷為一次使用順槽，為工作面進風(fēng)巷，服務(wù)年限2 年，63022 巷為留巷復(fù)用順槽，為工作面回風(fēng)巷，服務(wù)年限約3～4 年[2]。

2 巷道圍巖地質(zhì)力學(xué)評估

通過頂板結(jié)構(gòu)、錨桿拉拔受力、扭矩轉(zhuǎn)化試驗、礦物成分分析等，對63022、63023 巷道進行圍巖地質(zhì)力學(xué)評估，具體如下。

2.1 巷道頂板窺視分析

在63022 巷、63023 巷開口以里，每隔10 m 布置一個孔板窺視孔，利用全景電子鉆孔窺視儀觀測鉆孔壁上的不連續(xù)面分布情況，并對窺視結(jié)果進行處理和分析。通過分析頂板窺視結(jié)果得出，巷道頂煤節(jié)理裂隙發(fā)育，孔隙率高，整體性較差，巖層相對完整，局部層間發(fā)生水平錯動或離層。巷道掘進時，由于存在0.2 m 炭質(zhì)泥巖，需及時按設(shè)計預(yù)緊力矩進行錨桿支護，防止軟弱夾層出現(xiàn)離層破壞。

2.2 錨桿錨固力拉拔試驗

在63022 和63023 巷選取典型位置，對巷幫煤體的錨固性能進行拉拔試驗。從現(xiàn)場實測的9 組數(shù)據(jù)可知，63022、63023 巷幫煤體的可錨性強，全部9 組錨桿拉拔力測試值均能達到190 kN 以上，且錨桿、樹脂、錨固煤體均未發(fā)生破壞，說明巷幫采用錨桿支護能夠滿足強度要求。

2.3 錨桿預(yù)緊扭矩與預(yù)緊力轉(zhuǎn)化試驗

在6302 工作面附近選取典型位置，進行錨桿預(yù)緊扭矩與預(yù)緊力轉(zhuǎn)化試驗，見表1。

從試驗結(jié)果分析，錨桿預(yù)緊扭矩隨著預(yù)緊力增大而增大，400 N·m 的預(yù)緊扭矩轉(zhuǎn)化成預(yù)緊力能達到43～48 kN（鋼號500 螺紋鋼錨桿屈服載荷的25%）。因此，根據(jù)《煤礦巷道錨桿支護技術(shù)規(guī)范》中錨桿預(yù)緊力為錨桿屈服力30%～60%的選取原則，相應(yīng)巷道錨桿預(yù)緊扭矩設(shè)計值不應(yīng)低于400 N·m。

2.4 巖層礦物成分分析

在63023 巷頂板現(xiàn)場取樣，采用水懸浮分離方法或離心分離方法分別提取粒徑小于10 μm 和小于2 μm 的粘土礦物樣品，進行巖層礦物成分分析。將泥巖樣品制作成測量試片，利用衍射儀，測定樣品的衍射峰強度，并與標準X 射線衍射數(shù)據(jù)對比，進行定性分析，確定樣品中礦物種類和含量（%）以及黏土礦物總量（%），具體見表2。

巖樣X 射線衍射試驗表明，煤層直接頂為泥巖，黏土礦物占比達到62.9%，其他成分為石英、銳鈦礦，占比為37.1%。黏土礦物中伊蒙混層占52.7%，高嶺石占31%，伊利石占16.3%。伊蒙混層含量較高的黏土礦物遇水后極易發(fā)生膨脹，降低巖體的力學(xué)性能，導(dǎo)致巷道維護困難，頂板變形量增大。

3 巷道支護設(shè)計

3.1 巷道支護方案設(shè)計

63021、63023 巷為6302 工作面皮帶順槽，毛寬5.5 m，毛高4 m，毛斷面為22 m2。采用連采機沿3 號煤層底板一次成巷，巷道采用錨桿（索）聯(lián)合支護，如圖1。頂板支護：錨桿間排距1 m×1 m，每排6 根，長度2.4 m，預(yù)緊力矩400～550 N·m，錨固力不小于190 kN。錨索間排距1.5 m×2 m，每排3 根，張拉力不低于320 kN，采用Φ16-5300-100-6的鋼筋托梁，并用菱形金屬網(wǎng)護頂。巷幫支護：錨桿間排距1 m×1 m，每排4 根，長度為2 m，預(yù)緊力矩為400～550 N·m，錨固力不小于190 kN。W 鋼護板規(guī)格為280 mm×450 mm×4 mm，并用菱形網(wǎng)護幫[3]。

圖1 巷道支護方案設(shè)計

3.2 與原支護相比

頂板支護：頂錨桿間排距由1 m×1.1 m 優(yōu)化為1 m×1 m，錨桿長度由2 m 優(yōu)化為2.4 m，每排增加1 根錨索，幫錨桿間距優(yōu)化為0.8 m×0.8 m，對復(fù)用巷道后期進行補強支護。為提高巷道掘進施工效率，在巷道掘完、工作面回采前對63022 復(fù)用巷道進行后期補強，施工錨索保證巷道煤體保持完整性[4]。

4 數(shù)值模擬

根據(jù)寺河礦6302 工作面地質(zhì)條件，建立數(shù)值模擬模型，模型范圍為100 m×100 m×20 m，模型底部為剛性支承，上部施加應(yīng)力。在模型各關(guān)鍵部位設(shè)置監(jiān)測點，通過記錄位移量變化，分析不同巷道支護方案的位移量變化情況，結(jié)果如圖2、圖3。

圖2 6301 工作面原巷道支護位移云圖

圖3 6302 工作面現(xiàn)巷道支護位移云圖

厚煤層大采高巷道在采用現(xiàn)有巷道支護方式后，圍巖位移量降低較明顯。水平位移主要在巷道兩幫中部區(qū)域，兩幫移近量約為680 mm；垂直位移主要在巷道頂板、兩幫上部及底板區(qū)域，頂板最大下沉量150 mm，巷道兩幫上部下沉量約92 mm，底鼓量為30 mm。

5 支護效果分析

選取6301 面及6302 面相應(yīng)順槽巷道進行巷道表面位移監(jiān)測，各試驗120 m，如圖4、圖5，采用“十字布點法”，通過測量頂?shù)?、兩幫木樁距離，得出頂?shù)装逑鄬σ平?、兩幫相對移近量隨工作面推進變化規(guī)律[5]。

6301 工作面、6302 工作面圍巖變形隨推進長度變化而變化。6301 工作面原支護巷道頂?shù)装逡平?、兩幫移進量在60 m 范圍內(nèi)急劇降低，分別由605 mm、1190 mm 降低為103 mm、158 mm；6302工作面現(xiàn)支護巷道頂?shù)装?、兩幫移進量在60 m 范圍內(nèi)急劇降低，分別由410 mm、672 mm 降低至47 mm、68 mm。優(yōu)化支護參數(shù)后，頂?shù)装逡平俊蓭鸵七M量最大值分別下降32.3%、43.5%，巷道兩幫變形明顯減小，頂板下沉量、底鼓量整體不大，巷道圍巖完整性良好。

圖4 6301 工作面原巷道支護圍巖變形量

圖5 6302 工作面現(xiàn)巷道支護圍巖變形量

6 結(jié)論

通過對寺河礦厚煤層大采高回采巷道現(xiàn)場地質(zhì)條件進行巷道圍巖地質(zhì)力學(xué)研究，分析頂板結(jié)構(gòu)、煤體強度、礦物成分，提出新的支護方案并進行數(shù)值模擬，通過現(xiàn)場實測，回采巷道頂?shù)装逡平?、兩幫移進量最大值分別下降32.3%、43.5%，均在可控范圍內(nèi)，為寺河礦相應(yīng)巷道支護提供借鑒依據(jù)。