陳志平，杜 林

(山西西山晉興能源有限責(zé)任公司 斜溝煤礦，山西 太原 030001)

西山晉興能源有限責(zé)任公司斜溝煤礦13#煤層平均厚度13.88 m，屬于特厚煤層，采用綜采放頂煤工藝，順槽沿底掘送，為大斷面特厚頂煤全煤巷道。13#煤埋藏深度整體較淺，多數(shù)工作面屬于淺埋深開采范疇。另外，13#煤層強度較高，平均超過20 MPa，巷道掘采期間礦山壓力顯現(xiàn)很小，盡管受到最大水平主應(yīng)力的影響，材料巷工作面?zhèn)葞涂刂齐y度也很小，這與正在回采的同采區(qū)23112工作面材料巷顯現(xiàn)出的表象相吻合。由于礦井生產(chǎn)銜接組織，造成采區(qū)內(nèi)最后一個區(qū)段23111工作面成為孤島工作面，巷道臨近采空區(qū)，受采空區(qū)的影響，巷道的穩(wěn)定性會受到一定的影響，支護難度較大，因此必須予以考慮加強幫部支護。

23111工作面材料巷屬于正在掘進巷道，開始掘送巷道時，23101材料巷多處出現(xiàn)斷錨桿現(xiàn)象，特別是巷道出現(xiàn)鼓包和掉渣比較嚴(yán)重，巷道后期維護成本較大，所以作為相似情況的23111材料巷礦壓監(jiān)測很有必要，礦壓監(jiān)測報告評價該巷道支護初始設(shè)計的合理性，為該礦類似巷道掘進做指導(dǎo)。

錨桿支護施工質(zhì)量檢測與礦壓監(jiān)測是煤巷錨桿支護成套技術(shù)的重要組成部分。在23111材料巷掘進施工期間，對施工質(zhì)量進行檢測，同時對巷道圍巖變形與破壞狀況、錨桿受力及大小進行了全面、系統(tǒng)地監(jiān)測。

1 巷道支護

1.1 支護形式

23111材料巷掘進斷面形狀為矩形，斷面寬度5 200 mm，高度3 600 mm，掘進斷面積18.72 m2. 采用高預(yù)應(yīng)力強力樹脂錨固錨桿錨索組合支護系統(tǒng)。巷道支護形式：錨索網(wǎng)。

1.2 支護安裝要求

1.2.1頂板支護

錨桿形式、規(guī)格及布置方式見圖1，圖2. 樹脂加長錨固，采用兩支錨固劑，一支規(guī)格為MSCK2380，一支規(guī)格為MSZ2380，理論錨固長度2 033 mm，鉆孔d 30 mm. 采用高強錨桿螺母M24×3，配合高強托板調(diào)心球墊和尼龍墊圈，托板采用拱型高強度托板，規(guī)格為150 mm×150 mm×10 mm，承載能力不低于325 kN. 錨桿預(yù)緊力矩≥300 N·m.

錨索形式和規(guī)格及布置方式見圖1，圖2. 采用1支MSCK2380和2支MSZ2380樹脂藥卷錨固，理論錨固長度2 928 mm；配300 mm×300 mm×14 mm型拱形高強度托板，及配套鎖具。 錨索預(yù)緊力張拉鎖定后為200 kN.

圖1 23111材料巷臨近采空區(qū)段支護圖

圖2 23111材料巷采空區(qū)段頂部支護圖

1.2.2兩幫支護

1) 工作面幫。

錨桿形式、規(guī)格及布置方式見圖3. 樹脂錨固，采用一支錨固劑，規(guī)格為MSZ2380，理論錨固長度845 mm，鉆孔d30 mm. 錨桿預(yù)緊力矩≥40 N·m.

圖3 23111材料巷采空區(qū)段工作面幫支護圖

2) 臨近采空區(qū)煤幫。

錨桿形式、規(guī)格及布置方式見圖4. 樹脂錨固，采用一支錨固劑，規(guī)格為MSZ2380，理論錨固長度1 013 mm，鉆孔d 30 mm. 采用高強錨桿螺母M24×3，配合高強托板調(diào)心球墊和尼龍墊圈。托板采用拱型高強度托板，規(guī)格為150 mm×150 mm×10 mm，承載能不低于325 kN. 錨桿預(yù)緊力矩≥180 N·m.

圖4 23111材料巷采空區(qū)段煤柱幫支護圖

2 23111材料巷臨近采空區(qū)段礦壓監(jiān)測結(jié)果及分析

在23111材料巷臨近采空區(qū)段掘進進程中，對巷道掘進現(xiàn)場支護進行了綜合監(jiān)測和日常監(jiān)測。綜合監(jiān)測的目的是驗證或修正錨桿支護初始設(shè)計，評價和調(diào)整支護初始設(shè)計；日常監(jiān)測的目的是及時發(fā)現(xiàn)異常情況，采取必要措施，保證巷道安全。

2.1 巷道表面位移

在23111材料巷臨近采空區(qū)段設(shè)置了一個測站監(jiān)測掘進期間巷道的位移狀況，測站設(shè)置在巷道里程940 m處，分別監(jiān)測巷道左幫、右?guī)秃晚數(shù)装逦灰屏繝顩r。巷道表面位移監(jiān)測數(shù)據(jù)見表1，巷道斷面巷道位移折線圖見圖5.

表1 巷道表面位移監(jiān)測數(shù)據(jù)表

由表1及圖5分析可知：

測站斷面的巷道頂板的最大下沉量為16 mm，底鼓量為14 mm，巷道掘進高度為3 705 mm，頂?shù)装遄冃瘟空季蚋叩?.80%；兩幫最大移近量為35 mm，掘進寬度為5 260 mm，兩幫移近量占掘?qū)挼?.66%.

由表1表明，巷道兩幫的最大變形量為35 mm，頂?shù)装宓淖畲笞冃瘟繛?0 mm. 可以看出，兩幫以及頂板都沒有太大變形。巷道的變形量主要集中在掘進工作面50 m范圍內(nèi)，在巷道剛開挖時，圍巖應(yīng)力重新分配，在此過程中巷道的變形速度也較快，巷道的變形量主要受到掘進的應(yīng)力重分配的影響，巷道的變形量很小，頂板較完整，巷道圍巖基本上處于穩(wěn)定狀態(tài)。

圖5 巷道斷面巷道位移折線圖

2.2 巷道錨桿(索)受力監(jiān)測

在23111材料巷中設(shè)置了一組測站以監(jiān)測錨桿(索)載荷的變化狀況，測站設(shè)置在材料巷里程940 m處，測站處錨桿(索)的受力數(shù)據(jù)表和受力折線變化圖見圖6，圖7. 測站錨桿(索)的受力數(shù)據(jù)表見表2.

圖6 錨桿受力折線圖

圖7 錨索受力折線圖

表2 測站錨桿(索)的受力數(shù)據(jù)表

錨桿預(yù)緊力矩的大小對頂板穩(wěn)定性具有決定性的作用。支護設(shè)計中要求頂部錨桿預(yù)緊力矩都達到300 N·m以上，幫部錨桿預(yù)緊力矩都達到180 N·m以上，錨索預(yù)緊力要求達到200 kN.錨桿預(yù)緊力設(shè)計的原則是控制圍巖不出現(xiàn)明顯的離層、滑動和拉應(yīng)力區(qū)，一般可選擇錨桿桿體屈服載荷的30%～50%作為錨桿預(yù)緊力的取值。由于支護是采用桿體d 22 mm的左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，鋼號400#的錨桿，其桿體屈服力為151.98 kN，計算其錨桿預(yù)緊力取值在45.59～75.98 kN較為合理，通過日常監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，在施工過程中，基本按照設(shè)計對錨桿施加了足夠的預(yù)緊力，當(dāng)然存在個別錨桿初始預(yù)緊力施加不足，通過安裝的錨桿(索)測力計監(jiān)測數(shù)據(jù)。由表2及圖6，7分析可知：

頂板錨桿和錨索在施加完預(yù)緊力后，錨桿的軸向力分別為45.84 kN、49.59 kN、67.83 kN、46.40 kN、39.09 kN、54.10 kN、38.99 kN，錨索的軸向力分別為205.67 kN和148.09 kN，測站幫部錨桿在施加完預(yù)緊力后，錨桿的軸向力為39.73 kN、69.64 kN、37.99 kN和42.64 kN，部分錨桿預(yù)緊力水平較低。在此后檢測中錨桿壓力表和錨索壓力表示值的增加以及趨向平穩(wěn)說明巷道掘進對圍巖應(yīng)力重分配達到平衡狀態(tài)的演變，同時，也說明部分錨桿的預(yù)緊力初始施加存在不足。

通過監(jiān)測可以發(fā)現(xiàn)，錨桿(索)的預(yù)緊力矩在施工期間大部分達到設(shè)計要求，結(jié)合巷道表面位移監(jiān)測數(shù)據(jù)和頂板離層儀表明，頂板圍巖基本處于穩(wěn)定狀態(tài)。在以后施工中錨桿(索)的預(yù)緊力仍待提高，應(yīng)克服地質(zhì)條件的影響因素，重視幫錨桿預(yù)緊力。

2.3 巷道頂板離層監(jiān)測

對該巷道里程930 m安設(shè)的1個頂板離層儀進行了日常監(jiān)測。頂板離層儀安裝完畢后，深基點初始值為0，淺基點初始值為0，在掘進過程中，沒有出現(xiàn)明顯的變化。

從日常觀測數(shù)據(jù)可以看出，深基點和淺基點示值并未出現(xiàn)明顯的增長，結(jié)合巷道表面頂板位移監(jiān)測結(jié)果，說明頂板在掘進過程中沒有出現(xiàn)離層，這是由于高預(yù)緊力的及時施加。由于所測地段巷道并沒有經(jīng)歷過回采動壓的影響，單純是在掘進期間，頂板圍巖基本趨于穩(wěn)定。

3 結(jié) 論

1) 臨近采空區(qū)動壓巷道掘進送巷期間，從巷道整體變形看出，頂板的變形量較小，保持了較好的完整性，而變形主要是幫部和底板。

2) 頂板明顯松動破壞區(qū)域主要位于頂板的淺部，基本在2.4 m范圍內(nèi)，此范圍內(nèi)煤層裂隙發(fā)育明顯，出現(xiàn)了松動破壞的現(xiàn)象，目前所用錨桿長度為2.6 m，除去錨桿外露長度，可以看出頂板錨桿范圍內(nèi)巖層出現(xiàn)了破壞現(xiàn)象，如果錨索托盤陷入煤體或者無法壓實煤體，失去效果，需要進行補強加固措施，即便是對頂板進行補強加固，補打錨桿效果將不明顯，需要補打錨索。

3) 煤幫的破壞范圍也主要位于煤體表面，測試為0～1.3 m煤幫破碎，兩幫的移近是造成巷道底鼓最主要的原因，如果支護構(gòu)件的護表面積小，護表強度低，則煤幫在變形后很難繼續(xù)控制煤體的進一步破壞發(fā)展，加劇底鼓。

4) 臨近采空區(qū)的殘余支承壓力是導(dǎo)致該巷道變形的主要原因，而對于臨近采空區(qū)的強烈動壓巷道，需加強對兩幫圍巖的控制，特別是對于煤柱側(cè)巷幫，防止煤柱的進一步破碎，降低承載能力。提高幫部錨桿支護的護表面積，提高預(yù)緊力，擴大預(yù)緊力的擴散范圍能夠有效地控制幫部巖體的變形，同時降低“起錨”高度，防止兩幫底角擠壓引起底鼓。