白新榮，田庚有

(陜西澄城董東煤業(yè)有限責任公司，陜西 渭南 715200)

0 引言

董東煤業(yè)公司井下因受東西兩個大斷層(落差均超過100 m)的影響，兩順槽在回采過程底鼓、幫鼓嚴重，既給安全帶來很大威脅，又增加了生產(chǎn)成本。尤其是近年來開采過程中后巷需配備專業(yè)隊伍起底擴幫，影響生產(chǎn)效率，嚴重影響礦井經(jīng)濟效率。文章以50122工作面為例，對無梁帶錨網(wǎng)支護進行了探索。

1 順槽支護優(yōu)化前狀況

1.1 煤層地質(zhì)情況

以50122工作面為例，5#煤為亮煤及暗煤組成，含黃鐵礦結(jié)核，煤層厚2.3～4.6 m，平均厚3.3 m，屬較穩(wěn)定煤層，一般含夾矸一至二層，下矸較穩(wěn)定，厚0.2～0.6 m，夾矸多為炭質(zhì)泥巖及砂質(zhì)泥巖，在5#煤層與K4之間，局部有一層4#煤，厚0.1～0.3 m。

5#煤直接頂為褐黑色粉砂巖、砂質(zhì)泥巖，含較多植物根部化石及炭化植物碎片，厚0.3～1.2 m。老頂為深灰色粉砂巖，頂部褐灰色含較多植物根部化石，中下部夾細粒砂巖薄層，其緩波狀層理，含黃鐵礦結(jié)核，含植物碎片化石，厚6.6 m。直接頂和老頂間含一層4#煤，厚0.1～0.4 m。5#煤底板為灰色石英砂巖，細粒，粉砂質(zhì)，泥質(zhì)成分較多，厚0.3～0.6 m。

1.2 順槽原來支護參數(shù)

巷道斷面及支護：50122進風巷沿5#煤層頂板掘進，矩形斷面(4 000 mm×2 800 mm)，支護方式采用錨網(wǎng)索鋼帶聯(lián)合支護。

錨桿：頂、幫錨桿均采用φ20 mm×2 200 mm左旋無縱肋螺紋鋼式樹脂錨桿，矩形布置，頂部間、排距760 mm×800 mm，幫部間、排距800 mm×800 mm，如圖1所示。

圖1 50122進風巷頂部支護平面圖

鋼帶：采用4 000 mm W型鋼帶(型號WX160/4)，孔距760 mm。

錨桿托盤：頂部采用與鋼帶型號匹配的150 mm×150 mm×8 mm W型鋼帶托盤，幫部采用鋼帶托盤外加鋼托盤，鋼帶托盤為300 mm×280 mm W型鋼帶(型號WX280/4)，鋼托盤采用Q235鋼加工而成，規(guī)格150 mm×150 mm×8 mm。

錨索：選用φ17.8 mm×7 300 mm鋼絞線，三·三布置，間排距為1 000 mm×1 600 mm。

錨索托盤：采用Q235鋼板，規(guī)格300 mm×300 mm×12 mm。

錨固劑型號：MSZ23/35，每根錨桿使用2節(jié)，每根錨索使用5節(jié)。

網(wǎng)片：頂部及非采煤側(cè)幫部采用GB10#鐵絲編制的金屬網(wǎng)，網(wǎng)片規(guī)格：900 mm×2 600 mm，網(wǎng)格：50 mm×50 mm，網(wǎng)目必須用12#雙股鐵絲逢孔必聯(lián)；采煤側(cè)幫部采用雙抗網(wǎng)，規(guī)格為900 mm×50 000 mm(型號JDPP30-30MS)，聯(lián)網(wǎng)采用編織帶逢孔交叉連接并每隔500 mm打一個結(jié)。巷道全斷面掛網(wǎng)。

1.3 50122工作面兩順槽回采變形情況

50122工作面推采期間，兩順槽收縮變形嚴重，兩幫部整體變形突出，進風巷變形范圍為500 mm×1 000 mm，回風巷變形范圍為1 200～2 960 mm，巷道底鼓量大，底鼓變化范圍1 050 mm×1 700 mm。

兩順槽收斂量大，影響裝備、人員安全通過。針對此種情況，公司專門配備一個掘進隊進行反復擴幫、起底，嚴重影響工作面正常安全生產(chǎn)，而且維護返修造成很大人力物力的浪費。

2 巷道支護機理分析

2.1 支護構(gòu)件分析

錨桿作為一種小范圍加固圍巖的構(gòu)件，也是錨網(wǎng)支護體系的主力構(gòu)件，在支護設計中錨桿必須具有足夠強度，也應能平衡圍巖一定的變形能。故錨桿的參數(shù)應該在具有足夠的抗拉能力情況下具有充足的延伸率。

雖然在董東煤礦目前的高礦壓情況下錨桿看起來很少有破斷，通過錨桿圍巖耦合理論分析，不同彈性模量的錨桿對圍巖的約束力是不同的。因此，設計合適的錨桿參數(shù)對于圍巖的支護是很重要的。

錨索的設置，其作用是在極端情況下能夠預防頂板冒落。從自穩(wěn)隱形拱理論分析得出，錨索的作用就是防止極限自穩(wěn)隱形拱內(nèi)巖體的失穩(wěn)。因此，錨索的設計必須采取高強度的原則。

鋼帶是錨網(wǎng)梁支護系統(tǒng)中的一個重要組成部分，長期以來，人們對鋼帶的作用都是—擴大承托作用面積、聯(lián)系多個錨固點形成群錨效應、對巷道表面補強抗拉能力。但現(xiàn)用W鋼帶在巷道大變形情況下彎曲脫離圍巖體(圖2、3)，不能夠適應圍巖力學特征。其強度和剛度都與網(wǎng)片相近，因此不能夠真正起到托梁的作用。

圖2 頂板鋼帶變形情況

圖3 幫部鋼帶變形情況

針對上述分析，對錨網(wǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)進行優(yōu)化分析必然能產(chǎn)生積極效果。

2.2 自穩(wěn)隱形拱理論設計及計算結(jié)果

據(jù)自穩(wěn)隱形拱理論，巷道頂板可以分成3個區(qū)域：自然冒落拱、自穩(wěn)隱形拱、極限自穩(wěn)隱形拱。支護是一定要保證錨索穿過極限自穩(wěn)隱形拱達到穩(wěn)定巖層，才能保證巷道穩(wěn)定。

自穩(wěn)隱形拱是巷道頂部應力單元中水平方向的拉應力為零的單元的聯(lián)線所形成的曲面，這一曲面在巷道截面上所示的曲線方程為

(1)

式中：W0—巷道頂部寬度，m；p0—巷道頂部垂直地壓，MPa；σ2—頂板巖體的抗拉強度，MPa。

根據(jù)工作面數(shù)據(jù)，帶入式(1)計算結(jié)果見表1。

表1 計算結(jié)果

3 順槽支護優(yōu)化

3.1 支護結(jié)構(gòu)

支護優(yōu)化：支護系統(tǒng)應該以單錨固點為主，鋼帶托梁作用很小，因此，本設計優(yōu)化采用以單托盤結(jié)構(gòu)為主的錨桿，向無梁帶方向轉(zhuǎn)變。

50130進回風巷：沿5#煤層頂板掘進，矩形斷面(4 500 mm×3 300 mm)，支護方式采用錨網(wǎng)索支護。

3.2 順槽支護參數(shù)的確定

錨桿：頂部錨桿采用φ20 mm×2 400 mm左旋螺紋鋼錨桿，間排距為700 mm×800 mm；幫部錨桿采用φ20 mm×3 000 mm右旋螺紋鋼錨桿，間排距為600 mm×600 mm，如圖4所示。

圖4 50130進回風巷支護斷面

錨桿托盤：頂部錨桿托盤采用Q235鋼托盤，規(guī)格為150 mm×150 mm×8 mm。幫部采用W托盤外加鋼托盤，W托盤300 mm×280 mm(型號WX280/4)，鋼托盤采用Q235鋼加工而成，規(guī)格150 mm×150 mm×8 mm。

錨索：頂部錨索為三·三布置，錨索直接打在鋼帶上，錨索采用φ18.9 mm×7 300 mm鋼絞線，錨索間排距為1 200 mm×1 600 mm。錨索鋼帶為T140型鋼帶，如圖5所示。

圖5 50130進回風巷頂部支護平面圖

錨固劑型號：錨固劑采用MSZ23/60型樹脂藥卷錨桿，每根錨桿使用2節(jié)，每根錨索使用3節(jié)。

網(wǎng)片：頂部網(wǎng)片采用GB10#鐵絲編制的可伸縮性金屬網(wǎng)，網(wǎng)片規(guī)格900 mm×2 600 mm，網(wǎng)格50 mm×50 mm，封孔必聯(lián)。幫部網(wǎng)片采用雙抗網(wǎng)，網(wǎng)片規(guī)格為900 mm×50 000 mm。

4 工業(yè)性試驗

對50130回風巷道支護方案進行現(xiàn)場試驗，并對巷道表面位移進行了礦壓觀測，巷道表面位移量監(jiān)測結(jié)果如圖6所示。

圖6 礦壓監(jiān)測結(jié)果

由6可知，對50130巷道支護方案優(yōu)化后，頂板沉降量為41 mm左右，兩幫移近量為260 mm左右，底鼓量為186 mm左右。與原支護方案對比分析，收斂量分別約為原支護方案的10%、16%、20%。由此說明錨桿支護與錨索桁架相結(jié)合的方式，對巷道頂板不同層位的位移起到了很好的控制作用。幫部錨桿+大托盤的支護形式，對幫部圍巖起到了很好地加固作用，防止了片幫，并且阻止了幫部移近量的進一步增大，而且?guī)筒垮^桿的支護減小了極限自穩(wěn)隱形拱的范圍。優(yōu)化后的支護方案起到了很好的支護效果，為50130回風巷的安全高效回采提供了重要保障。

5 結(jié)語

通過對50130兩順槽的支護優(yōu)化，頂板沉降量為41 mm左右，兩幫移近量為260 mm左右，底鼓量為186 mm左右，巷道收斂量明顯減小，滿足工作面回采正常生產(chǎn)需要。說明采用單托盤錨固方式與桁架錨索結(jié)合的支護方法能夠有效控制高礦壓圍巖。