田 宇

（陽煤集團(tuán)開元公司生產(chǎn)技術(shù)部綜采二隊(duì)，山西 壽陽045400）

煤礦回采工作面巷道安全的影響因素是多方面的，尤其對(duì)于圍巖結(jié)構(gòu)性質(zhì)復(fù)雜的區(qū)域，其影響因素更為繁雜。為保障采煤過程安全，對(duì)于工作面巷道需采取支護(hù)措施[1，2]。圍巖結(jié)構(gòu)復(fù)雜的區(qū)域，則需要采取高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)。隨著煤礦開采量的不斷增加，使得很多煤礦的采掘面變得更深，這對(duì)煤礦安全提出了更高的要求。已經(jīng)完成開采的巷道，如果不及時(shí)采取措施對(duì)其進(jìn)行支護(hù)加固，則很有可能出現(xiàn)安全事故，給煤礦企業(yè)造成較大的損失。很長(zhǎng)一段時(shí)間以來我國(guó)開采的主要是淺層煤炭資源[3]。因此，對(duì)于巷道支護(hù)的要求并不是很高，但隨著開采深度的不斷推進(jìn)，對(duì)巷道支護(hù)強(qiáng)度要求逐漸提升，人們開始越來越關(guān)注高強(qiáng)巷道支護(hù)技術(shù)。隨著我國(guó)對(duì)煤礦安全要求的不斷提升，關(guān)于高強(qiáng)支護(hù)的研究也越來越多，在實(shí)踐中應(yīng)用也越來越廣泛[4，5]。所謂高強(qiáng)支護(hù)指的是在充分考慮回采工作面巷道斷面規(guī)格尺寸以及附近圍巖結(jié)構(gòu)性質(zhì)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的具有較高強(qiáng)度的巷道支護(hù)方案[6]。本文主要結(jié)合具體案例，介紹了一種煤礦回采工作面巷道高強(qiáng)支護(hù)方案，本方案在實(shí)踐中取得了較好的應(yīng)用效果，可為其他類似巷道提供經(jīng)驗(yàn)借鑒。

1 煤礦回采工作面掘進(jìn)過程巷道破壞分析

工作面巷道是保障煤礦開采設(shè)備以及工作人員通行的重要通道，在實(shí)踐中巷道的兩幫、底部與頂部都是容易出現(xiàn)變形問題的區(qū)域。一旦出現(xiàn)較大變形，就會(huì)對(duì)煤礦正常生產(chǎn)過程產(chǎn)生不利影響。在進(jìn)行煤礦開采時(shí)，設(shè)備自身的質(zhì)量以及開采過程中產(chǎn)生的力全部會(huì)傳遞到巷道底面，使得巷道底面產(chǎn)生破壞變形。而開采過程會(huì)打破巖石原本的受力平衡狀態(tài)，使附近圍巖出現(xiàn)受力不均衡的現(xiàn)象，進(jìn)而對(duì)巷道兩側(cè)面造成破壞。頂板是最容易出現(xiàn)變形的區(qū)域，一旦出現(xiàn)顯著變形，就很有可能會(huì)發(fā)生采煤冒頂安全事故，進(jìn)而對(duì)煤礦開采過程產(chǎn)生直接影響。巷道頂板之所以容易出現(xiàn)變形問題，原因在于附近圍巖自身重力以及其他位置傳遞到該部位的力全部作用于巷道頂板，如果不采取合適的支護(hù)方案，就會(huì)導(dǎo)致巷道頂板受力失去平衡，進(jìn)而造成嚴(yán)重的位移變形。

2 煤礦回采工作面情況概述

本文所述的煤礦工作面煤層埋藏深度在397～404 m范圍內(nèi)，水平標(biāo)高大小為688～739 m，走向和傾斜長(zhǎng)度分別為1 494 m和230 m，巷道截面的規(guī)格尺寸為5.0 m×2.8 m?；谙嚓P(guān)勘測(cè)資料發(fā)現(xiàn)，工作面所在區(qū)域存在多條斷層，其中有將近1/3的斷層比較嚴(yán)重，對(duì)煤礦回采過程會(huì)產(chǎn)生非常不利的影響。由于存在斷層構(gòu)造，對(duì)巷道圍巖的整體性構(gòu)成了嚴(yán)重威脅，使圍巖結(jié)構(gòu)不連續(xù)，相互之間出現(xiàn)錯(cuò)位。這會(huì)在很大程度上削弱圍巖的承載能力，進(jìn)而威脅煤礦回采工作面的生產(chǎn)安全。斷層構(gòu)造會(huì)導(dǎo)致圍巖產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，且由于斷層結(jié)構(gòu)不均勻，使得不同區(qū)域的內(nèi)應(yīng)力存在顯著差異。針對(duì)煤礦回采工作面存在的圍巖斷層現(xiàn)象，為了保障采煤過程的安全，需要對(duì)其采取高強(qiáng)度支護(hù)技術(shù)。

3 回采工作面巷道高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)研究

在充分考慮圍巖斷裂構(gòu)造特征的基礎(chǔ)上，提出高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)措施。具體措施包括單體液壓支柱+鋼梁支護(hù)、錨桿+金屬網(wǎng)+錨索支護(hù)，通過上述兩種支護(hù)的強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合，實(shí)現(xiàn)回采工作面的高強(qiáng)支護(hù)。具體的支護(hù)方案及相關(guān)技術(shù)參數(shù)如下：

3.1 頂板支護(hù)方案及技術(shù)參數(shù)

頂板通過錨桿進(jìn)行支護(hù)，用到的錨桿為左旋螺紋鋼錨桿。錨桿的規(guī)格尺寸為直徑20 mm，長(zhǎng)度2 m。每排錨桿之間的距離為0.9 m，每排設(shè)計(jì)5根錨桿，同時(shí)還需要配合使用鋼帶，長(zhǎng)度為4.8 m。頂板中通過2根錨索進(jìn)行支護(hù)，分別布置在頂板左右兩側(cè)，呈對(duì)稱分布，鋼索使用的是鋼絞線，直徑和長(zhǎng)度分別為17.8 mm和6.2 m，同時(shí)還會(huì)用到鋼托盤。

由于巷道圍巖存在斷層構(gòu)造應(yīng)力，為了進(jìn)一步保障工作面安全，還需要采用被動(dòng)支護(hù)措施。根據(jù)前期勘察結(jié)果發(fā)現(xiàn)斷層構(gòu)造應(yīng)力的影響范圍大約為10 m。通過單體液壓支柱結(jié)合鋼梁的方式對(duì)該區(qū)域?qū)嵤┲ёo(hù)。所使用的鋼梁長(zhǎng)度為4.4 m，每根鋼梁下面設(shè)置3根液壓支柱，相臨支柱間的距離為1.7 m，相鄰鋼梁間的距離設(shè)置為1 m。對(duì)于特殊位置，比如頂板壓力大、出現(xiàn)破碎時(shí)，可以適當(dāng)縮小相鄰鋼梁間的距離，可設(shè)置為0.5～0.6 m。使用的單體液壓支柱型號(hào)為DWX—2.8 m、DWX—3.15 m、DWX—3.5 m。采用這種支護(hù)方式時(shí)，為了避免單體液壓支柱出現(xiàn)傾倒現(xiàn)象，需要通過直徑為6 mm的鋼絲繩，對(duì)同一鋼梁上的液壓支柱進(jìn)行串栓，且在端頭通過繩卡子對(duì)鋼絲繩進(jìn)行牢固固定。

3.2 兩幫支護(hù)方案及技術(shù)參數(shù)

煤礦回采工作面巷道兩幫通過錨桿+金屬網(wǎng)的方式進(jìn)行支護(hù)，錨桿同樣使用的是左旋螺紋鋼錨桿，金屬網(wǎng)為菱形。錨桿之間的橫向和縱向距離，全部為0.9 m，每排設(shè)計(jì)5根錨桿。菱形金屬網(wǎng)的網(wǎng)格規(guī)格為5 100 mm×1 100 mm。兩幫位置同樣使用2根錨索，其直徑和長(zhǎng)度分別為17.8 mm和6.2 m，呈左右對(duì)稱布置，同時(shí)需要配合使用鋼托盤。

4 煤礦回采工作面巷道圍巖變形情況監(jiān)測(cè)

4.1 圍巖變形情況監(jiān)測(cè)方案設(shè)計(jì)

圍巖的變形主要表現(xiàn)為頂板和兩幫的變形，需要對(duì)這兩個(gè)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，測(cè)量方案如圖2所示。圖中A點(diǎn)和B點(diǎn)之間的位移情況反映的是頂板變形情況，C點(diǎn)和D點(diǎn)之間的位移情況反映的是兩幫變形情況。在實(shí)踐中通過專業(yè)的測(cè)量工具對(duì)圖中各點(diǎn)的位移情況進(jìn)行測(cè)量。沿著巷道方向設(shè)置了3個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)之間的距離為8 m。每間隔3天對(duì)3個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，其中認(rèn)為剛開始監(jiān)測(cè)時(shí)各點(diǎn)的位移變形情況全部為0。

4.2 圍巖變形情況監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、統(tǒng)計(jì)分析，繪制不同監(jiān)測(cè)點(diǎn)頂板和兩幫位移變形曲線，結(jié)果如圖3所示。對(duì)于1號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，不管是頂板位移量還是兩幫位移量，隨著時(shí)間推移均出現(xiàn)了增長(zhǎng)趨勢(shì)。并且剛開始時(shí)增長(zhǎng)的速度相對(duì)較大，達(dá)到30 d以后，速度逐漸減緩，最后40 d左右時(shí)基本趨于穩(wěn)定。在平衡狀態(tài)下，頂板的位移量達(dá)到了209 mm，兩幫的位移量達(dá)到了218 mm。對(duì)于2號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，頂板和兩幫位移變形整體趨勢(shì)與1號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)基本相同，但是在達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，2號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位移變形情況更加嚴(yán)重，頂板和兩幫圍巖的最大位移量分別達(dá)到了249 mm和266 mm。對(duì)于3號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，頂板和兩幫的位移變形趨勢(shì)與前面兩個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的基本相同，達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，頂板和兩幫最大位移量分別為207 mm和215 mm。

圖2 工作面巷道圍巖變形情況監(jiān)測(cè)方案示意圖

圖3 監(jiān)測(cè)點(diǎn)圍巖變形情況趨勢(shì)圖

由圖3可以看出兩幫變形情況與頂板變形情況比較相對(duì)較大，這主要是由于圍巖斷層構(gòu)造對(duì)兩幫位置圍巖的影響更為明顯。但在本文設(shè)計(jì)的高強(qiáng)支護(hù)方案作用下，不管是頂板還是兩幫的變形量，在達(dá)到一定程度后就不再出現(xiàn)變化，保障了圍巖結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，完全在可以控制的范圍內(nèi)，達(dá)到了預(yù)期的支護(hù)效果，能確保工作面回采過程的安全。

4.3 煤礦回采工作面巷道高強(qiáng)支護(hù)方案效果分析

本文設(shè)計(jì)的回采工作面巷道高強(qiáng)支護(hù)方案，能夠保障各錨桿和錨索的受力均衡。在實(shí)踐過程中沒有出現(xiàn)錨桿或者錨索由于超過材料屈服強(qiáng)度而導(dǎo)致失穩(wěn)的問題，整個(gè)支護(hù)體系非常穩(wěn)定?；诒痉桨甘沟孟锏绹鷰r的受力環(huán)境得到顯著優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了巷道頂板和兩幫位移變形情況的有效控制?；趯?shí)際的監(jiān)測(cè)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，雖然頂板和兩幫部位均出現(xiàn)了一定程度的變形，但是整體的變形相對(duì)比較均衡，兩幫部位的變形量略高于頂板的位移變形量。所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)在40 d以后變形量基本不會(huì)出現(xiàn)變化，達(dá)到了穩(wěn)定狀態(tài)。且穩(wěn)定狀態(tài)下頂板和兩幫最大變形量分別只有249 mm和266 mm，完全在可以控制的范圍內(nèi)，不會(huì)對(duì)采煤過程產(chǎn)生過大影響?？梢?，本文設(shè)計(jì)的高強(qiáng)支護(hù)方案是有效的，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)，保障了煤礦回采工作面的生產(chǎn)安全，為煤礦企業(yè)創(chuàng)造了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

5 結(jié)語

煤礦回采工作面巷道支護(hù)是保障煤礦生產(chǎn)安全的重要措施和手段，對(duì)于一些特殊區(qū)域，采用普通支護(hù)方式無法滿足實(shí)際使用需要。本文針對(duì)工作面巷道圍巖出現(xiàn)斷層構(gòu)造的情況，采用高強(qiáng)支護(hù)方案，具體為“錨桿+金屬網(wǎng)+錨索”、“單柱液壓支架+鋼梁”的聯(lián)合支護(hù)模式。對(duì)本高強(qiáng)支護(hù)方案進(jìn)行測(cè)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，巷道頂板和兩幫位移變形情況完全在可以控制的范圍以內(nèi)，整體呈現(xiàn)出穩(wěn)定性的特征，保障了回采工作面掘進(jìn)過程的安全。