浅谈掘进巷道支护方案优化设计

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［摘要］针对山西吕梁离石西山亚辰煤业29102回采工作面回风顺槽掘进工作中发现的顶板离层和围岩变形量大的问题，提出采用高强锚网索支护技术对原支护方案进行优化，并对优化后的支护方案进行了设计，给出了详细的支护参数，并阐述了支护设备及施工工艺。

［关键词］掘进巷道；围岩变形；支护方案；优化

引言

在煤矿井下工作面煤巷顺槽的掘进过程中，常常因为存在地应力大、巷道围岩破碎、完整性差等现象而影响掘进施工，威胁掘进人员和设备的安全。尤其在采用支护技术不当、掘进施工中发现巷道围岩变形量大且难以有效控制时，应及时对支护方案进行优化，以保证掘进巷道的人员及设备安全［1-3］。因此，研究掘进巷道的支护技术及其优化方案很有必要［4-5］。

1工程概况

山西吕梁离石西山亚辰煤业29102回采工作面位于矿井开采区域的南部，其开采煤层顶底板岩石物理力学性质如表1所示。由于工字钢架棚支护阻力不足，后来发现掘进工作面后方的巷道围岩位移量大、工字钢架棚有压弯的迹象，且巷道发生底鼓，对于这些现象，技术人员及时采取了补救措施，如在顶板安装锚索等，但仍然不能控制巷道围岩变形的发展。29102回风顺槽掘进巷道的顶板问题严重威胁着井下正常生产，亟需进一步对支护方案进行优化，以控制掘进巷道的持续变形，保证工作面的正常接替。29102工作面回风顺槽在掘进过程中，采用11#工字钢架棚支护，支护方式如图1所示。

2支护方案优化

2.129102工作面顺槽主要影响因素

2.1.1上层煤柱支承压力的影响根据相邻工作面顺槽的破坏模式，可分析得出，开采煤层后形成的围岩体应力重分布可沿围岩体煤柱传递至底板，造成工作面底板产生应力集中区。因此在布置29102工作面回风顺槽时，应尽可能地避开8#煤层底板的应力增高区域，减小29102回风顺槽巷道围岩所承受的应力，由此来改善掘进巷道的受力条件。围岩体的强度越大，则由上层煤柱造成的底板应力升高区域范围也越大。经研究分析，29102工作面顺槽与8#煤层煤柱之间的水平距离不应小于20m，这样布置对掘进工作面的施工和安全都十分有利。

2.1.2相邻工作面开采引起的动压影响29102工作面顺槽受到相邻工作面开采的影响，导致其应力重新分布，且峰值应力影响范围较广。因此，随着采煤活动的进行，29102工作面顺槽将受到强烈的采动影响和应力重分布。在进行29102工作面顺槽设计时，应考虑相邻工作面采动的影响，确保顺槽掘进巷道的安全。

2.2支护方案优化

经过分析研究以及与相邻矿区对比，决定采用高强锚网索综合支护技术解决29102回风顺槽掘进巷道的围岩大变形问题。由于优化方案中锚杆是最为关键的优化环节，因此，重点讨论锚杆的优化思路。

2.2.1锚杆支护优化锚杆支护是井下围岩常用的支护形式之一。一般来说，锚杆支护阻力是工字钢棚支护阻力的7倍，若对锚杆施加合适的预紧力，则锚杆可与软弱围岩形成协调变形的整体，同时锚杆也应有足够的锚固力，且锚杆支护应及时，在巷道围岩未发生大的变形及离层前，就应使锚杆实现强初锚，以充分发挥锚杆作用，维持顶板的完整性，控制围岩的位移和变形。要使锚杆实现以上的支护效果，应对以下几方面进行优化：（1）改变锚杆锚固段长度，采用全长锚固或加长锚固，从而使锚杆和围岩的协调作用能力得到增强。在井下进行端锚和全锚试验，得出不同锚固长度的工作特性，如图2所示。由图2分析可知，全长锚固的锚固性能大于端头锚固，且随着围岩变形量的增大，全长锚固锚杆的作用要远大于端部锚固的锚杆。（2）采用高强预应力锚固安装。由上文可知，采用全长锚固锚杆可有效改变围岩锚固条件，增强锚固效果，从而达到控制围岩变形的目的。全长锚固锚杆应采用专门的安装技术，以提高初锚力和锚固效果；为提高全长锚固锚杆的安装速度和初锚力，目前多采用阻尼式螺母、压片式螺母等可以快速进行作业的螺母结构。（3）优化锚杆施工工艺。锚杆的施工工艺对锚固效果有很大的影响，因此，要达到改善支护效果的目的，需对锚杆施工工艺进行优化，让高强预应力锚杆的锚固效果最佳。2.2.2其他优化措施为达到较好的支护效果，除采取以上优化措施外，还应注意以下几方面：①合理设计锚杆的支护参数，以增加锚杆的整体性，有效控制围岩；②锚杆的锚固范围有限，因此可与锚索配合使用；③锚网作为与锚索配套的支护形式，也应进行合理选型设计。同时应对巷道矿压进行观测，由此来判断围岩控制的效果以及支护结构的施工质量，若发现问题，可及时调整支护方案。

2.329102工作面回风顺槽支护参数

综合以上分析，最终确定的高强锚网索联合支护方案的具体参数如下：锚杆采用规格为准20mm×2200mm的高强度螺纹树脂锚杆，锚杆通过Z2350中速树脂药卷锚固，2个药卷锚固1根锚杆，且锚杆托盘设计为鼓形，托盘规格为150mm×150mm×10mm，锚杆间排距为800mm×800mm，且应使用钢带将锚杆与原梯子梁进行固定；锚索采用规格为准17.8mm×6000mm的1860型钢绞线，锚索托盘采用规格为300mm×87mm×9.5mm槽钢，巷道顶板锚索间排距为1600mm×800mm，巷道两帮锚索间排距为1300mm×800mm；钢筋网采用2600mm×800mm和3300mm×800mm2种规格。29102回风顺槽掘进巷道优化后的具体支护形式如图3、4所示。

3支护设备和施工工艺

3.1支护设备

支护工艺中所采用的主要支护设备有：2台锚杆、锚索钻机及配套的钻头，4台风锤，2台电动油泵，4台锚索搅拦器，2套张拉千斤顶，2套风动扳手等。

3.2施工工艺

3.2.1掘巷掘进工作面进行巷道掘进时，应严格按照巷道断面施工图进行施工，保证巷道成形的质量，使巷道尽量平整，不出现明显不规则部位；掘进过程中应进行敲帮问顶，将松动的岩石及时敲落，以免伤人，若因不可抗拒的因素导致巷道实际断面尺寸与设计尺寸相差过大，应采取相应的补救措施。

3.2.2临时支护巷道掘进过程中，临时支护对于掘进工作面的安全至关重要，可采用单体液压支柱进行临时支护，保证掘进工作面人员和设备的安全。

3.2.3永久支护按照优化的支护设计方案，进行锚杆、锚索、金属网等施工，并确保设计的支护参数基本得到实现；锚杆、锚索的角度要与设计一致，不得图方便施工而擅自改变支护参数。

4支护效果

为进一步掌握和了解优化后的支护方案实施效果，在29102回风顺槽每隔20m设置1个位移观测站，主要监测顶板位移、两帮位移以及顶板离层量；设置专人对数据进行观测和记录，并进行存档分析，若发现位移量有持续增大趋势，应发出预警并及时采取相应的措施。围岩位移监测情况如图5所示。由图5分析可知，采取优化后的高强锚网索支护方案后，29102回风顺槽掘进巷道的围岩位移量得到了有效的控制，顶板位移最大量发生在距工作面约80m处，位移最大量60mm；两帮位移最大量45mm；顶板离层最大量15mm。可见采取优化的支护方案后，较好地控制了掘进巷道的围岩位移，保证了工作面的安全。

5结论

针对山西吕梁离石西山亚辰煤业29102回采工作面回风顺槽掘进工作中发现的顶板离层、围岩变形量大的问题，提出采用高强锚网索支护技术对原支护方案进行优化；对优化后的支护方案进行了设计，给出了详细的支护参数，对支护设备进行了选型，并阐述了优化后的支护工艺，在巷道中进行了围岩位移量监测。监测结果表明，采用优化后的支护方案可保证掘进巷道的安全生产。

［参考文献］

［1］王强.泰山隆安矿某掘进工作面支护设计分析［J］.山西焦煤科技，2018，42（10）:28-31.

［2］李贝贝.论复杂条件下掘进工作面支护技术［J］.资源信息与工程，2018，33（4）:89-90.

［3］赵凤岩.大断面软岩掘进工作面支护技术实践［J］.山东煤炭科技，2018（5）:49-50.

［4］李俊营.21170掘进工作面支护技术研究［J］.内蒙古煤炭经济，2017（20）:97-98.

［5］田慧.伊泰酸刺沟煤矿掘进工作面支护方案优化探讨［J］.内蒙古煤炭经济，2016（24）:120-121.

作者：刘强 单位：山西吕梁离石西山亚辰煤业有限公司