张集煤矿煤巷支护新方案的设计与应用

胡玮　田少飞

（淮南矿业集团张集煤矿安徽淮南232001）

张集煤矿煤巷支护新方案的设计与应用

胡玮田少飞

（淮南矿业集团张集煤矿安徽淮南232001）

常规的煤巷锚索网支护巷道，顶板组合槽钢锚索布置方式为"齐平"布置，"齐平"布置巷道施工简单，巷道观感强，但肩窝"坠兜"、"断锚"严重，而优化后的"交错"布置，不但有"齐平"布置的优点，而且能够大大加强巷道的预拉力，减少"坠兜"、"断锚"现象，且一定程度上节省后期维护费用，起到降本增效的作用。

煤巷巷道锚索网槽钢支护

随着我国矿山开采深度和广度的不断发展，以及基本建设规模的不断扩大，对巷道支护技术提出了更新、更高的要求[1]。煤矿锚索网支护巷道的支护形式以锚杆（索）为基本支护构件，以钢筋托梁、钢带、钢梁等作为基本支护构件的组合构件[2]。据统计，大量的顶板严重离层和顶板冒顶事故的发生，往往不是因锚杆（索）强度不够造成的，而支护形成的承载结构特性和锚杆（索）的预拉力对顶板的稳定性起到了关键作用[3]。所以，提高巷道顶板的预拉力[4-5]，可以有效控制顶板下沉量，大大提高巷道稳定性，本文提出了煤巷锚索网支护新方案，并以张集矿1131（1）运输顺槽为例展开研究。

1　支护新方案的提出

传统的煤巷锚索网支护巷道顶板支护主要有锚杆、锚索、槽钢三部分主要构件组合而成，而组合槽钢锚索的布置方式一般为“齐平”布置，即每排槽钢和锚索均匀布置在巷道中间且相互对齐，这大大提高了巷道的观感程度，但由于两个肩窝长时间暴露，肩窝“坠兜”和“断锚”现象普遍。针对上述情况，对顶板组合槽钢锚索的布置方式优化为“错茬布置”，即第一排槽钢锚索靠左布置，第二排槽钢锚索靠右布置，以此类推，具体方式见图1所示。

图1　巷道顶板组合槽钢锚索布置方式

2　巷道概况

1131（1）工作面为张集煤矿东一11-2（3）采区的第一个条带，为实体煤掘进，运输顺槽设计长度1321m，巷道规格：5m×3.2m。煤层平均厚度3.1m，局部含有夹矸，直接顶为泥岩，平均厚度2.4m，老顶为中砂岩和粉砂岩，平均厚度5.7m，直接底为泥岩，平均厚度2.4m，老底为砂岩，平均厚度6.6m。

图2　巷道支护示意图

3　巷道支护设计

采用数值模拟和现场实践相结合的方式进行研究，根据现场地质条件，应用离散元软件UDEC4.0进行数值模拟，对1131（1）运输顺槽支护方案进行优化。

顶板采用锚杆、锚索配合M5钢带、14#槽钢、菱形网进行支护，锚杆间排距：860 900mm，锚杆规格：φ20×2500mm。

锚索布置采用“3-3-0”交错布置，锚索间距1100mm，规格：φ22×6300mm，14#槽钢规格：L=2600mm。

帮部采用锚杆配合M5钢带压条进行支护，锚杆间排距：每排布置4根，锚杆间排距850×900mm，锚杆规格：φ20×2000mm。支护示意图如图2所示。

4　数值模拟分析

为验证1131（1）运输顺槽锚索网支护方案设计的合理性，采用UDEC4.0对1131（1）运输顺槽锚索网支护所选取的支护方案及技术参数进行数值模拟。

根据地质资料情况，1131（1）工作面平均埋深约为550m，实体煤掘进，计算模型采用矩形模型，整个模型宽150m，高85m。模型两侧限制水平方向移动，模型底边限制水平方向和垂直方向移动，模型上表面为应力边界，采用应力补偿来模拟上覆岩体的自重边界，上边界施加载荷12.75MPa。材料破坏遵循Mohr-Coulomb强度准则，图3为计算网格图。

图3　数值计算网格

模拟方案及结果分析：

为了更直观的观察巷道围岩的变形情况，在巷道顶板、底板、两帮岩体内设置监控测线监测巷道围岩位移。如图4所示。

图4　巷道岩体内监控测线布置图

由图5和图6可以看出，顶板最大下沉值为140mm，底板最大底鼓量为205mm，左帮最大位移值为152mm，右帮最大位移为155mm。巷道围岩变形均控制在设计要求范围内，说明该巷道锚梁网支护优化设计合理。

图5　垂直位移云图

图6　水平位移云图

5　实测数据分析

巷道围岩位移监测和顶板离层观测是锚索网支护巷道必不可少的监测手段，是巷道安全使用效果评判的重要依据。

（1）巷道表面位移观测。巷道表面位移采用十字点法观测，沿巷道走向每50m设置一个测点，下面分析一个特征点处的巷道表面位移。

图7　 5#测站围岩表面位移量

5#测站位于巷道过断层处，断层落差2m。巷道顶底板最大位移为280mm，从10.23日开始巷道开始稳定，至巷道掘进结束，未曾发生变化。

（2）顶板离层监测。顶板离层仪设置位置与表面位移十字点布置频率统一，沿巷道走向每50m设置一个测点，离层仪安设在顶板中间位置，深基点安装在锚索端头处，浅基点安设在锚杆端头处。巷道所有测点顶板离层量最大值为40mm，不超过设计值。

6　支护效果分析

根据数值模拟、现场实测数据分析以及现场安全状况表明：巷道表面位移量较小（最大值为280mm），锚固区段内未发生较大离层（最大值为40mm），均处于可控范围之内，整条巷道锚网支护效果良好，能够满足安全使用条件。锚索“错茬”布置在很大程度上降低了巷道肩窝“坠兜”、“断锚”现象，一定程度上提高了锚杆（索）对巷道的预拉力，提高了巷道整体稳定程度，降低了工人劳动强度，节省了后期的维护费用。

[1]康红普.煤巷锚杆支护成套技术研究与实践《J》,岩石力学与工程学报.2005,11 (21):3960-3964.

[2]MTT_1104-2009_煤巷锚杆支护技术规范.

[3]张农，高明仕.煤巷高强预应力锚杆支护技术与应用《J》,中国矿业大学学报.2004,9 (5):524-527.

[4]郭颂.水平应力-对采准巷道围岩稳定性的新认识《J》，煤矿开采.1998,5(4):14-17.

[5]郑雨天，朱浮声.预应力锚杆体系--锚杆支护技术发展的新阶段《J》.矿山压力与顶板管理.1995,12(1)：2-7.

TD822[文献码]B

1000-405X（2015）-7-420-2