某矿急倾斜煤层综放面回采巷道支护优化

某矿急倾斜煤层综放面回采巷道支护优化
裴亚川
【摘要】以受注水、爆破软化影响的某矿+590水平B6回采巷道为工程背景,对
巷道松动圈范围以及巷道钻孔围岩破碎状况进行探测,了解巷道围岩在矿山压力、
注水软化下的破坏形态;最后依据矿压观测反馈的信息,对+590水平B6回采巷道支护参数进行优化设计.现场试验结果表明,该研究成功解决了注水软化顶煤时回采巷
道的支护问题,对于以后相似地质条件的工程提供了简单可行的技术方案.
【期刊名称】《机械管理开发》
【年(卷),期】2018(033)009
【总页数】3页(P48-50)
【关键词】支护设计;现场观测;支护优化
【作者】裴亚川
【作者单位】山西汾西矿业集团南关煤业, 山西灵石031300
【正文语种】中文
【中图分类】TD353
引言
以回采巷道的矿压观测为切入点，总结分析巷道矿压规律，研究巷道围岩失稳特征。

对回采巷道的锚喷支护参数进行优化设计，鉴于巷道变形不对称、围压不对称、长期变形具有流变性，提出了一套喷、锚杆、锚网多种支护手段联合支护技术，综合
控制[1-3]。

1 工程概况及支护形式
1.1 地质概况
井田共有煤32层，由老到新编号为B1—B32。

根据地质勘探并沿用至今的划分方法，按煤层赋存特征分为四组，其中，一组煤为B1—B2，二组煤为B3—B6，一、二组煤位于在西山窑组的下段，为两组特厚煤层，三、四组煤位于西山窑组的上段，以中厚煤层为主。

1.2 煤层稳定性
井田范围内可采与局部可采的煤层共32层，其中 B1—B17，B30—B32 为稳定煤层，B18、B19，B21—B25、B26—B29为不稳定煤层，B20为较稳定煤层。

1）B1+B2煤层。

位于J2X的底部，+660水平以上已采完。

煤层平均厚度37.45 m，含夹矸4～8层，夹矸单层厚0.06～2.43 m。

直接顶为粉砂岩及砂质泥岩，直接底为粉砂岩。

2）B3—B6煤层。

B3—B6煤层位于B1+B2煤层北部，与B1—B2煤层相距110 m，平均厚度48.87 m。

内含夹矸4～12层，夹矸总厚0.08～2.80 m。

直接顶为粉砂岩，直接底亦为粉砂岩。

1.3 回采巷道现有支护形式
某矿+590B3+6巷道，由于是急斜煤层，顶底板对顺槽高度没有影响，只要能够满足工作需要即可。

工作面采高2.6 m，顺槽高度设计为2.8 m，顺槽宽度设计为3.2 m。

根据井田韧性高、节理裂隙不发育的特点，结合相邻巷道支护设计，确定巷道以锚杆支护为主、锚网支护为辅的巷道支护形式。

1）顶板完好情况下采用锚杆联合支护，采用Φ16 mm×1 800 mm锚杆，锚固长度300 mm，钻孔直径为28 mm，配套12 mm×8 mm托盘，锚杆间排距1
000 mm×800 mm。

2）顶板破碎时采取锚网支护或锚网钢带支护形式。

网片规格为7.5 m×1 m，网
孔40 mm×40 mm，10号铁丝。

钢筋托梁宽度60 mm、长5.4 m，由Φ12
mm的圆钢焊接而成。

2 回采巷道矿压观测及矿压分析
2.1 矿压监测方案
在+590水平B6巷布置3个观测站，各观测站相距100 m，内容及布置如图1所示。

图1 B6巷道监测站布置图
2.2 巷道围岩表面位移
下面以+590水平B6巷为例分析巷道表面变形规律。

2.2.1 一号测站表面位移数据分析
一号测站距表面位移测点于2015年6月8日安装，其间共监测7次，分析数据
并绘制顶板下沉量与两帮移近量的曲线如下页表1、图2。

由下页图2可知：
1）巷道围岩变形以两帮位移量为主，两帮移进量是顶底板移进量的2倍。

表明巷道变形中，两帮占主要部分，应加强对两帮变形的控制。

出现这样的现象，主要是由于该巷道处于急倾斜煤层中，巷道上部为采空区，顶板对巷道的压力主要沿倾水平方向，垂直方向作用较少。

表1 一号测站表面位移监测数据项目两帮移近测量值顶板高度初始监测值/mm 4 100.7 2 800最终监测值/mm 3 765.3 2 637累计变化量/mm 335.4 163平均位
移量/（mm·d-1）9.324.53
图2 一号处测站表面位移-时间曲线
2）B6巷1号测点处，由于对煤层进行了注水软化，在监测18天左右，淋水增大，
顶板下沉量增大，且伴随大范围裂隙发育，经过及时进行工棚支护顶板下沉得到控制。

2.2.2 二号测站表面位移数据分析
距一号测点100 m处的二号测站于6月8日安装，到7月20日监测完毕，表面位移检测数据如表2所示。

表2 二号测站表面位移监测数据项目两帮移近测量值顶板高度初始监测值/mm 3 900 2 800最终监测值/mm 3 677.7 2 700.4累计变化量/mm 222.3 99.6平均位移量/（mm·d-1）6.182.77
2.2.3 三号测站表面位移数据分析
距二号测点100 m处的3号测点于6月8日安装，到7月20日监测完毕，表面位移监测数据如表3所示。

2.4 观测结果综合分析
通过对原锚杆支护方案进行观测分析可知：
表3 三号测站表面位移监测数据项目两帮移近测量值顶板高度初始监测值/mm 3 900 2 800最终监测值/mm 3 683.3 2 737.9累计变化量/mm 216.2 62.1平均位移量/（mm·d-1）6.011.73
1）顶板平均日移进量最大下沉量达到4.53 mm，最小为1.73 mm。

两帮平均日移近量最大9.32 mm，最小为6.01 mm。

原支护方案对顶板支护整体效果良好，两帮支护效果较差。

2）两帮的离层出现在1.6 m的范围内，在进入测孔时，孔壁裂隙明显，多为横向和纵向的交叉裂隙，表明两帮较破碎。

顶板离层为0.7 m，从钻孔窥视仪中可以看到孔壁整体较为平滑，表明顶板保持较好。

以前的支护方案对顶板保护好，两帮较差。

3）锚索最大受力为80.5 kN，远大于顶锚杆的22.7 kN，锚索顶板支护起主要作
用。

帮锚杆受力为42.5 kN，接近锚杆的最大锚固力50 kN，应考虑加长帮锚杆长度以及加强锚固力，同时增加木托板进行加固[4]。

3 基于信息反馈后的优化设计
鉴于B6巷的两帮位移较大，顶板位移在检测的后期已经趋于稳定，位移较大的地方已经采取措施。

本次设计主要针对两帮，设计的方法为松动圈锚杆支护设计方法，对于顶板，应适当减小锚索的间排距。

3.1 帮锚杆支护参数设计
依据现场反馈的结果，确定围岩松动圈的大小Lp=160 mm＞150 mm，属于大
松动圈，应采用组合拱理论进行锚杆参数设计。

锚杆长度：式中：L1为锚杆锚固长度，取0.4 m；L2为所测松动圈值，取1.6 m；L3为锚杆外露长度，取0.1 m。

将数值代入公式得L=2.1 m。

从现场实际出发，取2.5 m。

故帮锚杆选取Φ20 mm×2 500 mm I I级左旋螺纹钢锚杆，锚杆间排距800
mm×800 mm，锚固长度为0.78 m，锚固力为50 kN。

组合拱的厚度依据公式可得组合拱的厚度：
式中：D为排距，取0.8 m。

将数值代入公式得b=0.8 m。

3.2 柔性混凝土喷层支护
为了改善围岩表面性质，提高承载能力，减弱顶板滴水和淋水现象，防止风化，在巷道围岩表面喷射一层混凝土，但由于巷道的变形较大，为了防止喷层开裂，应在喷层材料中加入聚丙烯纤维，以提高混凝土的残余强度和韧性。

喷射混凝土厚度以20～30 mm为宜。

喷射混凝土为全断面喷射，强度质量为
C20，一次喷全厚。

混凝土的配比：m（水泥）：m（砂）：m（石子）=1∶2∶2；水灰质量比为0.45，水泥为普通硅酸盐水泥，在其中加入聚丙烯纤维。

4 效果分析
通过对表面位移、顶板离层监测及锚杆（索）受力监测，对现有的锚杆支护方案得出以下反馈信息。

1）从表面上看，片帮和两帮的变形明显的减少，再没有出现锚杆失效的现象。

2）顶板平均日移进量最大，下沉量最大为0.73 mm，两帮平均日移近量最大为1.32 mm，在后期观测中，定板和两帮的移近量趋于稳定，因此支护方案对顶板
和两帮支护整体效果良好，到达了预期效果。

3）在进入两帮测孔时，虽孔壁裂隙明显，多为横向和纵向的交叉裂隙，但较之以前裂隙几乎没有增加，表明两帮的变形得到控制。

从钻孔窥视仪中观测顶孔，可以看到孔壁整体较为平滑，表明顶板保持较好，现有支护方案对顶板保护好。

4）在增加锚索的间排距和锚杆长度后，锚索最大受力降为60.5 kN，帮锚杆受力
为20.5 kN，小于最大锚固力50 kN，即改进的支护方案可行[5]。

5 结论
1）顶板平均日移近量最大下沉量达到4.53 mm，最小为1.73 mm。

两帮平均日
移近量最大9.32 mm，最小为6.01 mm。

原支护方案对顶板支护整体效果良好，两帮支护效果较差。

两帮的离层出现在1.6 m的范围内，在进入测孔时，孔壁裂
隙明显，多为横向和纵向的交叉裂隙，表明两帮较破碎。

顶板离层为0.7 m，从钻孔窥视仪中可以看到孔壁整体较为平滑，表明顶板保持较好。

锚索最大受力为80.5 kN，远大于顶锚杆的22.7 kN，锚索顶板支护起主要作用。

帮锚杆受力为42.5kN，接近锚杆的最大锚固力50kN，应考虑加长帮锚杆长度以及加强锚固力，同时增加木托板进行加固。

2）巷道变形不对称，巷道两帮的移近量大于顶底板移近量，两帮的移近量是顶底
板移进量的2倍，巷道的变形主要来自两帮，其次是顶底板。

围压压力不对称。

巷道顶板和帮部锚杆锚托力呈现不均匀现象，表现为两帮大于顶板。

巷道的长期变形具有流变性，随着时间的推移，巷道围岩裂隙由小变大，形成导水裂隙，水侵入围岩后，围岩遇水产生物理化学作用，强度降低、软化，使得巷道的变形逐渐增加。

同时，水对锚杆树脂药卷和锚杆螺纹杆体都有弱化作用。

3）主要进行帮锚杆的优化设计，选取Φ20 mm×2 500 mmII级左旋螺纹钢锚杆，锚杆长度2.5 m，锚杆间排距800 mm×800 mm，锚固力为50 kN。

为了改善围岩表面性质，提高承载能力，减弱顶板滴水和淋水现象，防止风化，在巷道围岩表面喷射一层混凝土，但由于巷道的变形较大，为了防止喷层开裂，应在喷层材料中加入聚丙烯纤维，以提高混凝土的残余强度和韧性。

参考文献
【相关文献】
[1] 邓广哲.封闭型煤层裂隙地应力场控制水压致裂特性[J].煤炭学报，2014，26（5）：478-482.
[2] 邓广哲.圆孔孔壁裂缝水压扩张的压力参数理论分析[J].西安科技学院学报，2015（4）：35-38.
[3] 黄炳香，邓广哲，刘长友.煤岩体水力致裂弱化技术及其进展[J].中国工程科学，2017（4）：
83-88.
[4] 张向农.刘桥一矿煤巷描杆支护技术[D].淮南：安徽理工大学，2016.
[5] 查文化.综放回采巷道锚杆支护设计研究[D].淮南：安徽理工大学，2015.。