庞庞塔矿9#煤仓与附近硐室围岩强化支护技术

张跃军

(霍州煤电集团吕临能化有限公司 庞庞塔煤矿，山西 临县 033200)

1 工程背景

吕临能化庞庞塔煤矿目前采用斜井运输方式，为了使9#煤仓内的煤转运到西区9#煤暗斜井下强力带式输送机上，在西区9#煤暗斜井带式输送机机尾处施工溜煤眼与9#煤仓下部收口段贯通，溜煤眼设计斜长11 m(中至中)，正方形断面，毛宽、毛高2.2 m，净宽、净高1.6 m，目前已施工5.5 m，剩余5.5 m. 9#煤井底煤仓剖面图见图1. 但是经过论证，该方案会导致9#煤煤仓堵仓，严重影响矿井正常生产。因此，提出了9#煤煤仓上下口的改造工程方案，由于斜溜煤眼已经施工了一部分(1/2长度)，必然会对后期改造工程的支护参数设计造成影响。

图1 9#煤井底煤仓剖面图

为使9#煤仓内的煤转运到西区9#煤暗斜井下强力带式输送机上，需将9#煤仓下部给煤机硐室与西区9#煤带式输送机暗斜井带式输送机机尾处打通并安装斜溜槽，改造工程包括在给煤机硐室西侧开口、承重墙上部开槽及西区9#煤带式输送机暗斜井上段架棚段顶部扩刷。具体的工程位置图见图2. 改造工程局部处于泥岩围岩中，在掘进过程中应注意对泥岩围岩的控制，加强支护。

图2 改造工程位置关系图

2 巷道维护特征分析

1) 应力集中区收缩增载。

9#煤煤仓巷道在改造前，围岩应力集中区较为稳定，改造后，围岩应力集中区收缩，围岩应力更加集中，即巷道围岩集中区发生收缩增载，致使改造后围岩发生大变形以致发生破坏。

2) 复杂的围岩环境。

在9#煤仓改造前，煤仓与主斜井运煤巷道围岩已经发生了变形破坏，而且在西区9#煤带式输送机斜井开挖到煤仓附近时，巷道围岩已经开始破坏。在给煤机硐室西侧开口、承重墙上部开槽及西区9#煤带式输送机暗斜井上段架棚段顶部扩刷等改造工程完成后，开挖空间进一步刷大，围岩环境更加恶劣，导致围岩发生破坏。

3) 巷道断面的加大。

巷道跨度大、高度高是围岩发生大变形甚至破坏的重要原因。改造过程中，在西区9#煤带式输送机斜井开挖到煤仓附近而后与煤仓之间开挖溜煤眼后，西区9#煤带式输送机暗斜井上段架棚段顶部又经过扩刷，此处的巷道断面进一步加大，增加了支护的难度，巷道围岩发生大变形甚至破坏。

4) 围岩性质。

由于煤仓附近硐室及巷道处于泥岩地层中，一般而言，泥岩属于较软岩层，变形较大，且不易支护，因此是巷道及硐室围岩发生破坏的重要的地质因素。在支护设计中应考虑这一因素，在掘进过程中应注意对泥岩围岩的控制，加强支护。

3 9#煤仓改造与附近硐室围岩强化支护方案

1) 给煤机硐室开口顶板支护。

因给煤机需要转向，因此需要在给煤机硐室西侧开口以安置给煤机前端，开口断面为矩形，断面尺寸为宽2 000 mm×高1 800 mm. 开口后会造成原有顶部承载钢梁失去下部支撑，因此需要对开口处的给煤机硐室顶板进行强化支护。采用锚索+对棚联合支护。具体支护参数如下：

锚索：每排5根锚索，钢绞线规格为d21.8 mm×8 300 mm，锚索间距为1 150 mm，排距为1 000 mm，两侧锚索带外扎角30°进行施工。锚锁穿过焊接的对棚带角度向上施工以避开煤仓下部漏斗，第一排锚索带前扎角45°施工，第二排锚索带前扎角40°施工。锚索每孔采用1支K2360、2支Z2360树脂药卷加长锚固，以保证锚固效果。锚索预紧力80 kN，锚固力不低于280 kN；锚索托盘规格300 mm×300 mm×14 mm. 对棚采用两节5 m长工字钢利用钢板焊接而成。

对拉锚索：第一排中间锚索的施工角度会穿透已施工的斜溜煤眼，在斜溜煤眼露出端采用托盘、锁具固定，形成对拉锚索，锚索长度改为6.6 m，锁具、托盘规格同上。支护方案见图3.

图3 给煤机硐室开口顶板支护方案图

2) 承重墙小断面通道支护。

给煤机硐室紧靠西区9#煤带式输送机暗斜井上段承重墙，因此需要在该承重墙上部开一个矩形断面以安置斜溜槽上端，断面尺寸为宽2 000 mm×高1 800 mm，采用工字钢棚+短锚杆联合支护。

工字钢棚：顶棚及棚腿均选用工字钢，紧贴壁面，棚间距为600 mm.

锚杆：断面顶部施工一排3根d20 mm×1 500 mm左旋螺纹钢高强锚杆。锚杆间距800 mm，每根锚杆采用一支Z2360树脂药卷进行锚固。两侧锚杆带外扎角15°施工，中央锚杆垂直顶板岩面施工。预紧力不小于200 N·m，锚固力不小于200 kN；锚杆托盘规格120 mm×120 mm×10 mm. 支护方案见图4.

3) 西区9#煤带式输送机暗斜井上段架棚强化段支护。

由于过煤斜溜槽开挖时需要穿透西区9#煤带式输送机暗斜井上段的架棚段，并对顶部进行扩刷，会导致架棚段棚腿失效，全断面U型棚失去支护能力。因此，需要全断面拆除U型棚。对于拆除断面需要重新架设U型棚，以对溜煤眼、煤仓及硐室形成的三角区进行加强支护。巷道断面形状为直墙半圆拱，断面尺寸为：巷宽4 500 mm，墙高3 250 mm，拱高2 250 mm，巷高5 500 mm. 采用锚网索+U型棚联合支护。

锚杆：巷道顶部及两帮均采用d20 mm×2 400 mm左旋螺纹钢高强锚杆。锚杆间距800 mm，排距600 mm. 每根锚杆采用K2360和Z2360树脂药卷各一支进行锚固。底角锚杆带下扎角15°施工，帮部及顶部锚杆垂直岩面施工。预紧力不小于200 N·m，锚固力不小于200 kN；锚杆托盘规格120 mm×120 mm×10 mm. 金属网选用d6.0 mm钢筋点焊而成，网孔规格100 mm×100 mm，联网间距为200 mm.

锚索：顶板每2排锚杆中间位置布置一排锚索，每个断面共7根，顶板锚索钢绞线规格为d21.8 mm×8 300 mm，帮部锚索钢绞线规格为d21.8 mm×6 000 mm，锚索间距1 600 mm，排距1 200 mm，锚索垂直岩面施工。锚索每孔采用1支K2360、2支Z2360树脂药卷加长锚固，以保证锚固效果。锚索预紧力80 kN，锚固力不低于280 kN；锚索托盘规格300 mm×300 mm×14 mm. 第一排顶部中央锚索会穿透已施工的斜溜煤眼，在斜溜煤眼露出端采用托盘、锁具固定，形成对拉锚索，截断多余长度的锚索，锁具、托盘规格同上。

U型棚：设计采用U型棚可缩支架，选用材质为20 MnK的29 U型棚，全断面共由4节组成，搭接长度500 mm，搭接处采用两副限位卡缆和一副普通卡缆进行固定，卡缆扭矩不小于300 N·m，棚距600 mm. 棚腿采用锚杆进行锁腿处理。具体参数见图5.

图5 西区9#煤带式输送机暗斜井上段支护方案图

4 工业性试验

支护方案确定后进行了现场工业性试验，对支护改造区域的围岩位移进行了观测，西区9#煤带式输送机暗斜井上段测点的离层变化情况见图6.

图6 顶板离层量随时间变化曲线图

由图6可知，观测深度为2 m、4 m、6 m、8 m时，覆岩累计离层量为6.2 mm、8.3 mm、12.4 mm、16.5 mm，该测点附近上覆岩层离层主要集中在0～6 m的顶板，达到12.4 mm，6～8 m的顶板离层仅为4.1 mm，离层量较小。

经30天的表面位移监测，得到了表面位移的实测值，由监测数据绘制各监测断面的表面位移与监测时间关系曲线图，见图7，8.

图7 表面位移与时间关系曲线图

图8 表面位移速率与时间关系曲线图

两个测站顶板下沉量随时间变化逐渐增加，不同位置的稳定时间有所差异，西区9#煤带式输送机暗斜井上段经历二次扰动影响较大，顶板下沉稳定时间为16天，围岩最大位移速度9.4 mm·d-1，平均位移速度为4.6 mm·d-1，累计位移量73.6 mm. 通过对观测结果分析可知，两处巷道顶板变形较小、围岩稳定，支护效果好。

对围岩变形过程的监测结果表明，在开挖初期，围岩变形速率较大，并且每天都处于变化中，围岩变形具有变形量大、变形速率快、巷道稳定性差、变形持续时间长等特点。顶板下沉是变形的重点。顶板下沉在15 d左右能达到稳定，两帮在10 d左右能达到稳定，顶板下沉最为明显，两帮也早于顶板稳定。

由图8可知，巷道顶板变形经历3个阶段：在开挖0～4 d，变形速率较大，但持续时间较短，为加速变形阶段，变形量占总变形量的40%左右；在开挖4～7 d，变形速率减缓，此阶段为缓慢变形阶段，占总变形量的60%左右；在测点距开挖面7 d后，变形曲线开始收敛，为基本稳定阶段，变形量占总变形量的40%左右。

5 结 语

通过对庞庞塔矿9#煤仓进行改造并对大跨度巷道的支护效果进行现场监测，发现顶板离层变形小，属于平稳不变型离层，围岩变形小，锚杆(索)锚固力大，围岩控制较好。可见，支护后巷道的安全稳定性得到提高。