張志超

（河南永錦能源有限公司云蓋山煤礦二礦，河南 許昌 452570）

1 煤礦巷道概況

某礦井在設(shè)計時，考慮到各種因素影響，確定每年開采能力為240萬t，實際在經(jīng)歷了多年的井下開采后，其內(nèi)部由于部分已開采形成了大量老窖?，F(xiàn)在此種情況下，由于礦井的內(nèi)部開采方式仍然較為傳統(tǒng)，導致開采效率較低，不能滿足實際任務(wù)的需求，所以要對目前的開采技術(shù)進行升級以提高開采效率和保證開采時候的安全性。目前為提高開采效率，更加方便有效地進行掘進，礦井內(nèi)一般主要采取快速掘進技術(shù)，此種技術(shù)對相關(guān)的配套技術(shù)提出了更高的要求，為了應用此種技術(shù)，必須對配套支護技術(shù)進行升級。除此之外，由于開采過程中最先開采的煤層埋藏較淺，對支護技術(shù)的要求也不高，但隨著開采的不斷繼續(xù)直到后期，開采的煤層深度變深，周遭的地質(zhì)環(huán)境變得復雜，圍巖的狀態(tài)也差異較大，對支護技術(shù)要求隨之增高，為了滿足開采的安全有效進行，巷道支護工藝的升級也刻不容緩。本文針對上述情況，以礦井內(nèi)部巷道快速掘進支護技術(shù)為基礎(chǔ)進行分析探討。

文中通過礦井下的回風巷道為對象來進行研究，其煤層厚度在8.5～16.23 m之間，平均厚為13.68 m，其煤層傾角在4.3°～13.2°之間，平均在9.4°。巷道的截面為高度約3.5 m、寬度約5.2 m的矩形。通過實際地質(zhì)的分析后，了解到此處巷道的圍巖情況較為復雜，有較多的斷層、褶曲等現(xiàn)象，造成了周圍的圍巖狀態(tài)較為松散，受力后易出現(xiàn)破碎，使得一定程度下巷道的支護變得更加復雜。

2 原支護方案及穩(wěn)定性分析

2.1 原支護方案

圖1為礦井回風巷道原支護方案，巷道頂板采用多根左旋無縱筋錨桿進行加固，錨桿實際參數(shù)為直徑22 mm，長度2.4 m。水平方向上每隔0.9 m處放置一根錨桿，豎直方向上每隔1 m放置一排錨桿，錨桿和W型鋼帶連接布置。配合的托盤參數(shù)為150 mm×150 mm×10 mm，藥卷型號為Z2360及K2335。頂板位置進行鋪設(shè)由鋼筋制造的鋼筋網(wǎng)，鋼筋直徑為6mm，鋼筋網(wǎng)長3 m，寬1 m，制造的網(wǎng)孔為邊長100 mm的正方形。頂板還采取錨索進行支護，錨索的直徑為17.8 mm，長度為8.3 m，水平方向上每隔2 m放置一根錨索，豎直方向上每隔2 m放置一排錨索。配合的金屬托盤參數(shù)為300 mm×300 mm×16 mm。

圖1 回風巷道原支護技術(shù)方案（單位：mm）

選擇玻璃鋼錨桿和尼龍網(wǎng)來對巷道左幫進行支護，玻璃鋼錨桿為直徑20 mm、長度2.2 m的右旋無縱筋鋼。每排間隔1.2 m，在每一排上每隔1 m放置一根。配合的托盤參數(shù)為150 mm×150 mm×10 mm，藥卷型號為Z2360。左幫位置進行鋪設(shè)的尼龍網(wǎng)長2 m，寬1 m，網(wǎng)孔為邊長50 mm的正方形。巷道右?guī)椭ёo的方式與左幫相似，右?guī)筒Ａт撳^桿為直徑22 mm、長度2.2 m的左旋無縱筋螺紋鋼，每排間隔1.2 m，在每一排上每隔1 m放置一根。配合的托盤參數(shù)為150 mm×150 mm×10 mm，藥卷型號為Z2360。所使用的鋼筋網(wǎng)參數(shù)與頂板的一致?；仫L巷道采用C25混凝土進行澆筑厚度約0.2 m的底板。

2.2 穩(wěn)定性分析

對回風巷道原支護技術(shù)方案進行分析，為了確定其在實際應用中的穩(wěn)定性，針對回風巷道表面圍巖的位移變化、巷道頂板的離層量演變、錨桿錨固力的演變等三個指標進行一段時間的數(shù)據(jù)收集，經(jīng)過分別對實際結(jié)果的繪制，完成圖2、圖3、圖4。

圖2 巷道圍巖的位移變形演變情況

圖3 巷道頂板離層量的演變情況

圖4 巷道錨桿錨固力的演變情況

根據(jù)圖2所示，回風巷道形成后，隨著時間的推移，頂?shù)装搴蛢蓭偷奈灰谱冃瘟恐鸩阶兇笾敝帘３衷谝欢ǖ乃角已葑冓厔萁酉嗤?，兩幫位置比頂?shù)装逦恢幂^早穩(wěn)定且穩(wěn)定后的位移變形量較小。穩(wěn)定時，頂?shù)装宓奈灰谱冃瘟繛?7 mm，兩幫的位移變形量為41 mm。根據(jù)圖3所示，測試時在巷道中選取了4個測試點進行數(shù)據(jù)的觀測，4個測試點的巷道頂板離層量隨時間的推移逐步變大直至保持在一定的水平且演變趨勢幾乎相同。穩(wěn)定時，一號測試點具有最大的頂板離層量31.6 mm，3號測試點具有最小的頂板離層量18 mm。

根據(jù)圖4所示，隨著時間的推移，頂板和兩幫的錨桿錨固力逐步變大直至保持在一定的水平且演變趨勢類似。穩(wěn)定時，頂板的錨固力要比兩幫的錨固力大，頂板為187 kN，兩幫為168 kN。兩幫的位移變形量為41 mm。

從上述三個指標的演變來看，頂?shù)装寮皟蓭偷淖冃魏湾^固力變化符合預期，實際正常應用能夠允許原有方案，但從巷道頂板的離層量數(shù)據(jù)來看，測點數(shù)據(jù)過大，巷道的安全性無法保障，實際應用中不能夠允許原有方案。

3 快速掘進支護方案的優(yōu)化

根據(jù)回風巷道周圍圍巖情況復雜且較為松散易碎的特性，對頂板采取錨桿加錨索加護表構(gòu)件的工藝進行支護，對兩幫采取錨桿加護表構(gòu)件的工藝進行支護，此種方案不僅區(qū)別于原有工藝，還利用原有工藝進行支護，在對巷道支護技術(shù)升級改造的同時又不需要進行較大的改造，對原有工藝僅在錨桿錨索支護放置的方式進行了改善。升級改造過的回風巷道支護技術(shù)方案如圖5所示。

圖5 優(yōu)化后巷道頂板和兩幫的支護方案

根據(jù)圖5所示，改善后的工藝比起原有工藝來說，改善的部分主要顯示在：

1）同排的錨桿采取一根根的槽鋼進行連接加固，兩者結(jié)合后構(gòu)成一體，部分錨桿受力過大時，可以通過槽鋼把力分散開來，降低了圍巖的受力情況，避免了圍巖因受力過大導致破碎，大大提高了錨桿支護時的強度和穩(wěn)定性。

2）頂板錨索的排列發(fā)生變化，從原有的“三二三”改進為“二二”排列，采取一排錨索處于錨桿的中間，下一排錨索處于槽鋼的兩側(cè)，處于錨桿中間時，錨索間間隔2 m。

3）兩幫位置處每排比起原有三根錨桿增設(shè)一根錨桿，其參數(shù)與原有工藝適配，但其布置間距和排距為1 m。

4 應用效果

4.1 巷道圍巖穩(wěn)定性對比分析

將改善過后的工藝方案在實際條件下使用進行測試，并且對測試的結(jié)果總結(jié)分析，與原有工藝衡量指標相似，通過回風巷道表面圍巖的位移變化、巷道頂板的離層量演變、錨桿錨固力的演變等三個指標來進行評價。結(jié)果表明，新的支護工藝的各項指標的演化趨勢與原本工藝的趨勢相符，即隨著時間的推移，變形受力等逐步變大直至保持在一定的水平。但由于工藝的改善，穩(wěn)定時新工藝的指標數(shù)值相比于原有工藝有了一定幅度的降低，尤其在頂板離層量的演變上，降低的幅度最大，具體情況如表1內(nèi)穩(wěn)定時的各參數(shù)值。

表1 煤礦巷道支護方案優(yōu)化前后穩(wěn)定性指標對比

由表1可知，用來評價效果的三個指標數(shù)值均出現(xiàn)了一定程度的降低，在頂板離層量指標上，更是降低了近1/3，這表明在對原有工藝進行改進后，新的支護工藝很大程度上增強了圍巖的穩(wěn)定性，能保障巷道的安全，更適合實際中的應用。

4.2 經(jīng)濟性對比分析

應用原有支護工藝，回風巷道支護需要花費1614元/m，應用改進后的支護工藝，回風巷道支護需要花費1752元/m，雖然花費有一定程度的提高，但是考慮到優(yōu)化后的支護效果所具有的穩(wěn)定性，后期的維修需求相對較少，減少維修時間，維護所花費的費用也會減少，綜合考慮下，本文認為兩種支護方案所要支付的費用幾乎相等。

5 結(jié)論

新的支護工藝提高了巷道圍巖支護的穩(wěn)定性，增強了開采時的安全性，在維持一定成本的基礎(chǔ)上，減少了維修成本，提高了開采效率，為企業(yè)實際開采生產(chǎn)取得了良好的效益。