胡鵬鵬

（山西蘭花同寶煤業(yè)有限公司， 山西 晉城 048214）

0 引言

煤炭是我國當前生產(chǎn)生活中的主要能源，而且在未來很長時間內(nèi)其仍然在我國能源結(jié)構(gòu)中占據(jù)主導地位。據(jù)統(tǒng)計，我國賦存煤層的平均厚度較高，處于3.5～5.0 m 之間，屬于大采高的范疇。對于大采高機械化采煤工藝，其具有回采效率高、資源回收率高以及煤炭含矸率高等優(yōu)勢。為了滿足大采高的需求，結(jié)合安裝、運輸、通風以及形成等要求，需要在工作面配套大斷面的巷道，這對工作面巷道的支護要求提出了更高的要求。因此，對于大采高機械化采煤工作面，實現(xiàn)對其工作面圍巖的高效控制，對于保證其生產(chǎn)的安全性和效率具有重要意義。

1 工程概況

精確掌握大采高綜采工作面的地質(zhì)條件，通過設計高效的支護方案對工作面圍巖進行控制具有重要意義。本文所研究某礦井可開采的煤層包括有1 號、2號、10 號和11 號，本文以其中的2 號煤層所屬工作面為例開展研究，該煤層所屬工作面的頂?shù)装鍡l件如表1 所示。

表1 2 號煤層所屬工作面頂?shù)装宓刭|(zhì)條件

對于工作面的支護效果而言，可直接通過對圍巖的穩(wěn)定性進行評估反應。根據(jù)《緩傾斜、傾斜煤層回采巷道圍巖穩(wěn)定性分類方案》中所規(guī)定的相關標準要求，可將圍巖穩(wěn)定性分為非常穩(wěn)定、穩(wěn)定、中等穩(wěn)定、不穩(wěn)定以及極不穩(wěn)定五種層級[1-2]。

而對于未支護的工作面圍巖穩(wěn)定性，需根據(jù)工作面實際地質(zhì)條件包括頂?shù)装鍘r石的單軸抗壓強度、巷道的埋藏深度、采動影響系數(shù)以及圍巖完整性指數(shù)等指標相關。經(jīng)分析，2 號煤層所屬工作面在未支護前其圍巖穩(wěn)定性屬于不穩(wěn)定狀態(tài)。因此，為了保證大采高機械化采煤工藝功能的發(fā)揮，應采取有效的支護方案對其圍巖進行控制，保證圍巖處于穩(wěn)定狀態(tài)[3]。

經(jīng)過多年我國煤炭系統(tǒng)工作面的專家和技術(shù)人員提出根據(jù)圍巖的穩(wěn)定性狀態(tài)提出不同級別的支護方案。對應2 號煤層所屬工作面不穩(wěn)定的圍巖，主要采用錨桿+錨索聯(lián)合支護方案，并通過鋼帶和金屬網(wǎng)對圍巖進行強化支護；而且，對于不穩(wěn)定圍巖其錨桿支護的參數(shù)需滿足表2 中的要求。

表2 不穩(wěn)定圍巖錨桿支護參數(shù)

2 巷道支護參數(shù)的確定

在上述分析的基礎上，結(jié)合現(xiàn)場地質(zhì)條件、理論計算和設計經(jīng)驗最終確定巷道的支護參數(shù)。首先，通過理論計算初步確定巷道支護參數(shù)的范圍；而后，通過實踐經(jīng)驗最終確定巷道支護參數(shù)的具體值。

2.1 錨桿支護參數(shù)的確定

由上述研究可知，2 號煤層所屬工作面應采用錨桿+錨索的聯(lián)合支護為核心。因此，本節(jié)重點對錨桿、錨索的參數(shù)進行確定。

2.1.1 頂板錨桿參數(shù)

根據(jù)普氏地壓理論，結(jié)合2 號煤層所屬工作面的巷道跨度、高度以及煤層的內(nèi)摩擦角等參數(shù)得出其頂板的載荷為4.8 t。

1）錨桿間排距的確定：目前我國實踐生產(chǎn)的錨桿以直徑為22 mm 的左旋螺紋鋼為主，其對應的錨固力為10 t。在上述頂板載荷的作用下，在頂板所布置錨桿的密度計算為（2×4.8 t）/10 t=0.96 根。因此，將頂板錨桿的間排距取值為1 m，確保頂板單位面積的錨桿數(shù)量≥1 根。

2）錨桿長度的確定：錨桿長度與工作面頂板的免壓拱高直接相關，而且與錨桿的外露長度相關。該工作面頂板的免壓拱高為2 m，一般取錨桿外露長度為0.3 m，考慮到0.1 m的余量，則對應錨桿的長度為2.4 m。

2.1.2 兩幫錨桿參數(shù)

同樣，根據(jù)普氏地壓理論得出該工作面兩幫的支護載荷為1.1 t，則經(jīng)過理論計算得出兩幫錨桿的間排距取1.2 m、1.2 m即可。根據(jù)兩幫錨固墻的厚度為0.9 m，并考慮錨固長度和外露長度，對應錨桿長度為1.8 m。

在上述理論計算的基礎上，結(jié)合設計經(jīng)驗以及我國市面上錨桿產(chǎn)品的標準規(guī)格尺寸，最終確定的工作面頂板和兩幫錨桿支護參數(shù)如表3 所示。

表3 工作面頂板和兩幫錨桿支護參數(shù)

2.2 頂板錨索參數(shù)的初步確定

結(jié)合支護經(jīng)驗可知，每排錨索的數(shù)量與工作面跨度直接相關，具體如表4 所示。

表4 不同跨度工作面錨索布置數(shù)量

2 號煤層所屬工作面的跨度為5.5 m。因此，確定頂板錨索布置為1 排2 根，則對應的錨索間排距取值為1 m、2 m。根據(jù)該工作面頂板的巖層情況，需要將錨索固定在粉砂巖層中，初步確定錨索長度為5 m。

結(jié)合我國錨索產(chǎn)品的標準規(guī)格，最終確定選用直徑為15.24 mm 的7 股鋼絞線作為錨索對頂板進行支護。而且，結(jié)合支護設計經(jīng)驗，為進一步保證圍巖的穩(wěn)定性，還需在頂板和兩幫布置金屬網(wǎng)進行強化支護。其中，在頂板布置金屬網(wǎng)的規(guī)格為5 m×1 m；在兩幫布置金屬網(wǎng)的規(guī)格為4 m×1.2 m。

3 巷道圍巖穩(wěn)定性監(jiān)測

為驗證上述支護方案是否能夠?qū)ぷ髅骓敯鍑鷰r進行有效控制，從而保證綜采工作面的安全生產(chǎn)，將上述支護方案按照相關標準在工作面現(xiàn)場實施后，重點對支護后工作面巷道的表面位移和頂板的離層量進行觀測，觀測結(jié)果如表5、表6 所示。

表5 巷道表面位移監(jiān)測結(jié)果

表6 頂板離層量

如表5 和表6 所示，對工作面采取所設計的支護方案后工作面頂板下沉量、兩幫移近量以及底鼓量均滿足《煤炭安全規(guī)程》的具體要求；而且，采取支護方案后工作面頂板的離層量可以忽略不計。說明，所設計的支護方案可有效對工作面圍巖進行有效支護。

4 結(jié)語

一直以來，煤礦安全生產(chǎn)備受企業(yè)關注。煤礦綜采工作面巷道的支護效果對于保證工作面圍巖的穩(wěn)定性尤為重要，尤其是對于大采高機械化開采工藝而言，為充分發(fā)揮其高回采率、高煤炭資源回收率的優(yōu)勢，對其圍巖穩(wěn)定性的控制尤為重要。本文針對某礦2 號煤層所屬工作面圍巖的支護需求，采用錨桿+錨索聯(lián)合支護的基礎上采用金屬網(wǎng)進行強化支護。通過實踐表明：結(jié)合理論和設計經(jīng)驗所設計的支護方案可對圍巖穩(wěn)定性進行有效支護。