辛置煤矿2-1052 辅助运输巷支护参数优化研究

张凯华

（霍州煤电集团辛置煤矿，山西 霍州 031412）

动压巷道如何安全施工并维持稳定，一直是煤矿安全生产的重要问题之一。锚杆支护技术作为当前煤巷的主要支护方式之一，能够有效保证矿井安全高效生产[1]。但动压巷道的锚杆支护合理参数确定，因地质等条件复杂多变，参数也有所差异，对此，大量学者进行研究：康红普等[2]结合煤巷支护理论基础，对煤巷锚杆支护成套技术进行进一步研发，提出高预应力、强锚固支护体系；谷拴成[3]结合矩形巷道顶板变形机理，推导出了保证巷道稳定情况下拉杆预紧力的理论表达式。近年来，诸多专家学者针对煤巷支护领域已有多数成果出现，但由于开采地质条件复杂，生搬硬套难以适用现实情况，故需要结合矿井实际情况采取行而之效的支护措施。

辛置煤矿回采巷道布置采用“一面三巷”型布置方式，即一个回采工作面包含区段运输平巷、区段回风平巷、辅助运输平巷三条顺槽。其中，辅助运输顺槽在上一工作面回采完毕后对下一工作面兼用作回风，故辅助运顺顺槽经历掘进、一次采动、二次采动三次开采扰动。在二次采动期间，巷道整体支护效果较差，煤壁片帮、巷道底鼓现象较为严重。为此，以辛置煤矿2-1052 辅助运输顺槽为研究背景，通过现场实测分析2-1052 辅助运输巷矿压规律，并采取现场试验的方法，对辅助运输顺槽进行支护参数优化研究。

1 工程背景

2-1052 辅助运输顺槽服务于2-1052 回采工作面，巷道布置在2#煤层中，巷道平均埋深320 m，矩形断面。巷道净宽4.8 m，净高3.5 m，净断面积16.8 m2。2#煤层平均厚度4.2 m，平均倾角6°。基本顶为中粒砂岩，平均厚度1.7 m，直接顶为砂质泥岩，平均厚度6.4 m，直接底为砂质泥岩，平均厚度1.1 m，基本底为中粒砂岩，平均厚度10.6 m。

2-1052 辅助运输顺槽原支护方式采用锚网联合支护，顶板每排6 根Ф 22 mm×2500 mm 左旋无纵筋螺纹钢锚杆，间排距为900 mm×900 mm；帮部每帮5 根左旋无纵筋螺纹钢锚杆，间排距900 mm×900 mm。每跟锚杆均采用1 卷CKB2340 树脂药卷进行锚固，同时搭接金属网。顶板锚索采用Ф21.6 mm×7300 mm，锚索间排距1800 mm×1800 mm，每根锚索采用2 条CKB2340 药卷进行锚固。2-1052 辅助运输顺槽原始支护断面图如图1 所示。

图1 2-1052 辅助运输顺槽原始支护断面图

2 巷道变形及原因分析

（1）岩体强度较弱。2-1052 辅助运输顺槽布置在2#煤层中，2#煤层岩体强度较弱，普式系数f=1.9，属软弱煤层，自身承压效果不理想，回采产生的采动应力使得巷道周围岩体较破碎，易发生大面积变形。

（2）支护强度较差。2-1052 辅助运输顺槽帮部支护采用Ф22 mm×2500 mm 左旋无纵筋螺纹钢锚杆支护，未打锚索。分析造成巷道大幅变形的原因之一是由于巷道帮部整体围岩较破碎，无法承受上覆岩层产生的力，进而传递至巷道顶底板，造成巷道周围岩体大幅破坏。

（3）重复采动影响。2-1052 辅助运输顺槽在使用过程中，先用作2-1052 工作面的材料运输及人员通行，工作面回采完毕后，继续留作2-1053 工作面回风。故该巷道历经“一掘两采”三次开采扰动，尤其在二次采动期间，巷道实际支护体已无法满足巷道使用需求，使得巷道大面积变形。

3 现场实测

3.1 观测方案确定

原支护状态下，观测区域选定为2-1052 辅助运输顺槽距巷道开口700 m处，观测区域选定为100 m，区域范围内共设立2 个测站，测站间距50 m，采用锚杆测力计测力方法对锚杆受力数据进行采集，对巷道的锚杆载荷进行观测。2-1052 辅助运输巷现场观测方案图如图2 所示。

图2 2-1052 辅助运输巷现场观测方案图

3.2 观测结果分析

对测站1、2 测力结果进行统计，如图3 所示。监测结果中，左帮为煤柱帮，右帮为回采帮。由图3（a）可知，煤柱帮锚杆应力峰值为5.6 MPa，顶板锚杆应力峰值5.8 MPa，回采帮锚杆应力峰值6.1 MPa。应力峰值出现位置均处于距工作面24 m 处，故推测工作面超前支承压力影响范围为24 m 左右，且回采帮锚杆受力高于顶板锚杆与煤柱帮锚杆。分析原因是由于回采帮在临近工作面回采，先一步受到工作面开采扰动，采动应力传递至回采帮后在回采帮上重新分布，进一步传递至顶板及煤柱帮。由图3（b）可知，煤柱帮锚杆应力峰值为7.2 MPa，顶板锚杆应力峰值为7.6 MPa，回采帮锚杆应力峰值8.1 MPa。回采帮锚杆受力高于煤柱帮与顶板锚杆，应力峰值出现位置距迎头距离为22 m，基本与1#测站分析结果相同。

4 支护方案优化

结合对2-1052 辅助运输顺槽观测结果，认为回采帮受力最大，顶板次之，煤柱帮最小，故通过对巷道顶板及帮部进行加强支护，可以较好地达到维护巷道的目的。对比巷道原支护方案发现，巷道原始支护状态下帮部未打锚索，帮部支护较差，故通过对巷道两帮补打锚索进行加强支护，同时缩短锚杆间排距。确定锚杆间排距为800 mm×800 mm，顶板锚索改为Ф21.6 mm×8200 mm，每根锚索采用2 条CKb2340 和3 条Z2360 树脂锚固剂锚固，间排距1700 mm×1600 mm，锚索每排三根；帮部锚索规格参数为Ф21.6 mm×8200 mm，锚索每排两根，间排距1700 mm×1600 mm，同时施加减磨垫圈以提高锚杆、锚索预紧力。优化后的支护断面图如图4 所示。

图3 测力锚杆现场监测结果图

图4 优化后的支护断面图

5 应用效果

在2-1052 辅助运输顺槽距离巷道开口1000 m位置处建立测站1 处，监测巷道表面位移变化情况。监测方法仍采用“十字”布点法进行监测，统计距迎头一定距离范围内巷道变形情况如图5 所示。由图5 可知，工作面最大顶板下沉量为28 mm，最大两帮移进量为25 mm，最大底鼓量为15 mm。与原支护相比，无论顶板、两帮、底板变形情况均得到了有效控制。

图5 巷道变形情况