谷 鵬

（沁和能源集團(tuán)有限公司永安煤礦，山西 晉城 048204）

1 永安煤礦11404 工作面工程概況

沁和能源集團(tuán)有限公司永安煤礦位于山西省晉城市沁水縣嘉峰鎮(zhèn)，礦井面積為12.207 9 km2，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力60 萬(wàn)t/年，批準(zhǔn)開(kāi)采3 號(hào)煤層，斜井開(kāi)拓，開(kāi)采水平+540 m。11404 工作面主采3 號(hào)煤層，工作面朝向近似東西向，傾向北，傾角在2°～5°，煤層平均厚度4.35 m。5 號(hào)煤層普氏系數(shù)為0.83%，屬于軟煤。砂質(zhì)泥巖、炭質(zhì)泥巖雖為厚層狀，V 級(jí)結(jié)構(gòu)面罕見(jiàn)，易風(fēng)解，屬不穩(wěn)定類(lèi)圍巖。由于地應(yīng)力復(fù)雜多變，地質(zhì)條件變化不斷，因此優(yōu)化支護(hù)參數(shù)，確保安全、有效的巷道安全支護(hù)技術(shù)至關(guān)重要[1-2]。

2 低強(qiáng)度支護(hù)階段支護(hù)技術(shù)的優(yōu)化

2.1 原支護(hù)技術(shù)分析

開(kāi)采初期，永安煤礦巷道支護(hù)按照工程類(lèi)比法參照相鄰礦井的支護(hù)參數(shù)進(jìn)行巷道支護(hù)設(shè)計(jì)。永安煤礦11404 工作面順槽巷道支護(hù)采用錨網(wǎng)、索、噴支護(hù)形式，頂板錨桿采用Φ20 mm×2 000 mm BHRB335 左旋螺紋鋼錨桿；巷幫錨桿采用Φ35 mm×1 600 mm 的竹錨桿；錨桿間排距均為800 mm、800 mm，鋼筋梯采用Φ14 mm 的圓鋼雙排焊接；頂板均掛設(shè)Φ65 mm 圓鋼焊接的鋼筋網(wǎng)，頂板沿巷道中心線左右均勻布置排兩根間距為2 000 mm、排距為2 400 mm 單點(diǎn)錨索，錨索采用Φ15.5 mm×7 000 mm預(yù)應(yīng)力鋼絞線，托梁用14 號(hào)槽鋼加工，長(zhǎng)400 mm，錨索外端使用鎖具鎖固。噴射混凝土厚度為50 mm，強(qiáng)度為C20。

2.2 原支護(hù)方式存在的問(wèn)題

施工過(guò)程中發(fā)現(xiàn)Φ35 mm×1 600 mm 竹錨桿不能有效控制巷幫，巷道易片幫。14 號(hào)槽鋼錨索托梁強(qiáng)度低，頂板下沉?xí)r將索托梁兩頭向下壓彎折回、脫落，造成錨索失效。由于初期巷道幫錨桿對(duì)巷道幫部、錨索對(duì)頂板控制效果不好，施工過(guò)程中由于局部錨索導(dǎo)通5 號(hào)煤頂板含水層，造成錨索出水。為了避免巷道頂板出水，多次將錨索長(zhǎng)度由7 m 變?yōu)? m，使錨索錨固不到堅(jiān)硬巖層，影響錨索支護(hù)強(qiáng)度。

由于以上原因使順槽巷道在掘進(jìn)施工過(guò)程中頻繁發(fā)生片幫、冒頂事故，11404 工作面三條順槽巷道共發(fā)生7 次冒頂事故。其中在2020 年6 月15 日，11404 工作面皮帶運(yùn)輸巷1 320～1 334 m 段發(fā)生大面積的冒頂，冒頂范圍寬度約4.8 m，高度4～7 m，長(zhǎng)度約14 m。同時(shí)，掘進(jìn)過(guò)程中期及后期巷道維護(hù)工程量巨大，11404 工作面三條順槽巷道共架設(shè)2 400 多架工字鋼棚。

2.3 支護(hù)參數(shù)的優(yōu)化改進(jìn)

針對(duì)掘進(jìn)工程中巷道出現(xiàn)的片幫、冒頂事故，幫部錨桿竹錨桿對(duì)巷道幫部控制效果差，14 號(hào)槽鋼錨索托梁強(qiáng)度不夠等問(wèn)題，同時(shí)對(duì)2020 年6 月15 日11404 工作面皮帶運(yùn)輸巷大面積的冒頂事故原因進(jìn)行了認(rèn)真分析總結(jié)。主要原因如下：

1）5 號(hào)煤煤層平均厚度7.88 m，巷道開(kāi)挖后頂板煤層剩余4.6 m，泥巖厚2～3 m，施工過(guò)程中由于錨索有導(dǎo)水現(xiàn)象，為了避免巷道頂板出水，將錨索由7 m變?yōu)? m，造成錨索錨固不到頂板堅(jiān)硬巖層或鐳固到堅(jiān)硬巖層深度小于1 m，起不到懸吊作用。

2）巷道頂板有淋水，造成頂板炭質(zhì)泥巖泥化、脫落。

針對(duì)以上原因，該礦研究決定將11404 工作面順槽巷道錨、網(wǎng)、索支護(hù)形式變更為錨、網(wǎng)、絎架支護(hù)形式，將頂板錨桿加長(zhǎng)500 mm，頂板錨桿采用Φ20 mm×2 500 mmBHRB335 左旋螺紋鋼錨桿；巷幫采用Φ16 mm×1 600 mm 的圓鋼錨桿；錨桿間排距為800 mm、800 mm。鋼筋梯采用Φ16 mm 的圓鋼雙排焊接；頂板均掛設(shè)Φ6.5 mm 圓鋼焊接的鋼筋網(wǎng)，巷道幫部掛8 號(hào)鉛絲編制的菱形金屬網(wǎng)；頂板沿巷道中心線左右均勻布置一排兩根間距為2 000 mm、排距為2 400 mm 錨索絎架，錨索采用Φ17.8 mm×8 000 mm 預(yù)應(yīng)力鋼絞線，托梁用11 號(hào)礦用工字鋼加工，長(zhǎng)2 500 mm，錨索外端使用鎖具鎖固。

隨著開(kāi)采深度增加，Φ16 mm×1 600 mm 的圓鋼錨桿已經(jīng)不能滿足巷道幫部支護(hù)要求。2020 年10月，將巷道幫部錨桿更換為Φ20 mm×2 000 mm BHRB335 左旋螺紋鋼錨桿加強(qiáng)巷道幫部支護(hù)。并通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定了Φ20 mm×2 500 mmBHRB335 左旋螺紋鋼錨桿安裝預(yù)緊力不小于300 N/m，Φ20 mm×2 000 mmBHRB335 左旋螺紋鋼錨桿安裝預(yù)緊力不小于200 N/m。

2.4 支護(hù)方式改進(jìn)后取得的效果

在11404 工作面巷道低強(qiáng)度支護(hù)階段，對(duì)原支護(hù)方式及參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)后，在一定程度上對(duì)巷道幫部起到了支護(hù)效果，優(yōu)化改進(jìn)后巷道在掘進(jìn)施工過(guò)程中幾乎沒(méi)有發(fā)生過(guò)片幫、冒頂事故，有效保障了巷道開(kāi)采安全。

3 高強(qiáng)度錨桿支護(hù)階段的支護(hù)技術(shù)優(yōu)化

巷道在低強(qiáng)度支護(hù)階段，支護(hù)方式優(yōu)化改進(jìn)后在一定程度上杜絕了片幫、冒頂事故的發(fā)生。但是巷道受二次動(dòng)壓影響巷道頂板下沉、底板鼓起、兩幫收斂現(xiàn)象依然嚴(yán)重。比如11404 工作面輔助運(yùn)輸巷錨索托梁兩頭向下壓彎折回、脫落，造成錨索失效，并受11404、81505 綜放工作面兩次采動(dòng)影響巷道頂板下沉、底板鼓起、兩幫收斂，失修率高。為了確保巷道安全使用，2020 年10 月—2021 年2 月先后采用架設(shè)工字鋼棚、一梁三柱、木垛、起底等方式進(jìn)行了三次全面維修，投入較大，但效果均不甚理想。為了解決受二次動(dòng)壓影響下的巷道支護(hù)難題，通過(guò)地應(yīng)力測(cè)試、鉆孔窺視等方式進(jìn)一步優(yōu)化巷道支護(hù)參數(shù)，提高復(fù)雜困難煤巷支護(hù)質(zhì)量。

3.1 支護(hù)技術(shù)優(yōu)化方案

為了更加合理地確定11404 工作面巷道支護(hù)參數(shù)，利用地質(zhì)力學(xué)測(cè)試數(shù)據(jù)及鉆孔窺視情況，對(duì)支護(hù)參數(shù)采取了懸吊理論進(jìn)行了計(jì)算校核[3]。

11404 工作面順槽巷道采用錨、網(wǎng)、索高強(qiáng)支護(hù)形式，頂板錨桿采用22#-M24-2500BHR500 高強(qiáng)左旋無(wú)縱肋螺紋鋼錨桿，間排距850 mm、900 mm；巷幫采用20#-M22-2000BH1500 高強(qiáng)左旋無(wú)縱肋螺紋鋼錨桿，間排距800 mm、900 mm；鋼帶采用W280×5 型W 鋼帶；頂板掛設(shè)Φ6.5 mm 圓鋼焊接的鋼筋網(wǎng)，巷幫掛設(shè)8 號(hào)鉛絲編制的菱形金屬網(wǎng)：頂板均勻布置間排距為1 800 mm、1 800 mm 單點(diǎn)錨索，錨索采用Φ21.98 mm、8 300 mm 預(yù)應(yīng)力鋼絞線，錨索托板為300 mm×300 mm×16 mm 高強(qiáng)錳鋼托板。

3.2 改進(jìn)支護(hù)參數(shù)后的支護(hù)效果

使用了高強(qiáng)支護(hù)參數(shù)后，巷道成型明顯改觀，巷道沒(méi)有發(fā)生過(guò)片幫、冒頂事故，道頂板下沉兩幫收斂都在可控范圍內(nèi)。但在使用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)300 mm×300 mm×16 mm 高強(qiáng)錳鋼錨索托板對(duì)巷道頂幫控制效果不住，易出現(xiàn)錨索之間掉包現(xiàn)象，單點(diǎn)錨索對(duì)巷道頂板整體控制效果差。為此，將單點(diǎn)錨索變更為錨索架，架梁采用11 號(hào)礦用工字鋼加工。單點(diǎn)錨索變更為錨索架后，巷道支護(hù)質(zhì)量明顯提高。

4 結(jié)語(yǔ)

高地應(yīng)力軟巖地質(zhì)構(gòu)造對(duì)煤礦巷道支護(hù)技術(shù)要求很高，隨著開(kāi)采深度不斷增加，軟巖巷道受動(dòng)壓影響礦壓顯現(xiàn)十分劇烈，因此會(huì)造成工作面巷道支護(hù)困難。以永安煤礦11404 工作面為案例進(jìn)行了軟巖巷道支護(hù)技術(shù)優(yōu)化應(yīng)用研究，實(shí)踐應(yīng)用效果理想，形成了一套安全、高效、節(jié)約的支護(hù)參數(shù)，為礦井安全生產(chǎn)保駕護(hù)航。