大断面回采巷道支护优化研究

王道成，王龙成

(陕西陕煤黄陵矿业有限公司，陕西 黄陵 727307)

0 引言

黄陵二号煤矿是国家高产、高效现代化矿井，为满足矿井的正常生产接续及灾害治理需要，需要掘进大量的回采巷道，合理选择安全、高效、经济的巷道支护方式对煤矿生产建设具有重要意义。近年来，锚网索支护技术在二号煤矿得到了广泛的应用，体现了其安全、可靠的优点。随着矿井自动化快速掘进设备的出现，需要对以往的锚网索支护方式进行优化，以便更好地适应现代化掘进装备要求。本文以黄陵二号煤矿207运输顺槽为例，以理论计算为基础，对207运输顺槽支护参数进行了优化，结合2#煤层顶底板岩性，通过现场实测，为回采巷道支护参数优化提供参考。

1 工程背景

黄陵二号煤矿207运输顺槽是为207综采工作面服务的运输巷道，设计长度4 800 m，巷道沿2#煤层掘进，煤层厚度3.2～3.5 m，煤层为层状或块状构造，呈条带状结构，内生裂隙发育。巷道基本顶为深灰色粉砂岩，厚度5～7.5 m，直接顶为细粒砂岩，厚度13～25 m，直接底为粉砂岩、泥岩，厚度0.8～2.3 m。207运输顺槽所处区域煤层为单斜构造，地层倾角1°～3°，区域内存在小型断层，2 300 m以及2 500 m处揭露断层并未对掘进施工产生明显影响。原支护为锚网索联合支护，巷道顶板锚索采用φ21.8 mm×7 500 mm十九芯防腐锚索，结合T140钢带按照“3-2-3”的方式菱形布置，T140钢带为“一梁七孔”，长度5 000 mm。锚索间排距2 400 mm×800 mm/1 600 mm×800 mm，锚固方式采用树脂端部锚固，每根锚索使用1卷MSK2850和3卷MSZ2850树脂药卷。垫片规格为80 mm×80 mm×10 mm。顶部锚杆采用φ22 mm×2 800 mm左旋螺纹钢锚杆，配合T140钢带按照“4-5-4”的方式菱形布置，锚杆间排距800 mm×800 mm/1 600 mm×800 mm，锚固方式采用树脂端部锚固，每根锚杆使用1卷MSK2335和2卷MSZ2360树脂药卷，垫片规格为80 mm×80 mm×10 mm。

巷道侧帮部采用φ22 mm×2 600 mm树脂锚杆支护，每排施工4根，锚杆间排距1 000 mm×800 mm，靠近顶板帮锚杆距顶300 mm。锚固方式采用树脂端部锚固，每根锚杆使用1卷MSK2335和1卷MSZ2360树脂药卷，并加垫规格400 mm×200 mm×50 mm的木托板，靠顶部和底部2排木托板横向安装，中间2排木托板竖向安装。煤柱侧帮部采用φ22 mm×2 800 mm左旋螺纹钢锚杆，每排施工4根，锚杆间排距1 000 mm×800 mm，靠近顶板帮锚杆距顶300 mm。锚固方式采用树脂端部锚固，每根锚杆使用1卷MSK2335和1卷MSZ2360树脂药卷，并压设钢筋托梁支护，规格为φ16 mm×3 200 mm，托盘使用Q235锚杆托盘，规格为150 mm×150 mm×12 mm。

2 回采巷道支护参数优化

2.1 锚杆间排距计算

黄陵二号煤矿巷道围岩松动圈及采煤工作面合理隔离煤柱宽度已有相关研究成果，207运输顺槽巷道围岩松动范围在2.5～3.5 m之间。207带式输送机运输巷顶板为5～7 m厚的粉砂岩，粉砂岩的密度为2.7 t/m3，煤的密度为1.37 t/m3。运输顺槽净宽5 400 mm，净高为3 600 mm。顶锚杆采用Ⅱ级钢筋，直径为22 mm，长度为3 200 mm；侧壁采用树脂锚杆，直径为22 mm，长度为2 800 mm。按单体锚杆悬吊作用计算锚杆间距。

式中：δt—杆体抗拉强度，MPa；γ—岩体容重，kN/m2；k—安全系数，取1.5～1.8；l2—巷道顶板岩体破碎带高度，m；d—锚杆杆体直径，mm；a—锚杆间距，mm。

锚杆Ⅱ级钢抗拉强度设计值为δt=300 N/mm2，γ=2.7 t/m3，K=1.8，l2=3.5 m，d=22 mm。经计算得a=819 mm，所以锚杆采用菱形布置，间排距为800 mm×800 mm。

2.2 锚索间排距选取

采用工程类比的方法确定锚索的间排距。文家坡煤矿锚索间距间排距在停采线以内为1.4 m×2.1 m，停采线以外锚索间排距为2.4 m×0.7 m；贯屯煤矿50206工作面巷道，锚杆间距为800 mm，采用菱形布置。锚索间距间排距在停采线以内为2.4 m×1.1 m；小纪汗煤矿11213工作面巷道，锚杆间距为800 mm菱形布置，锚索间距间排距在停采线以内为2.4 m×0.9 m。207带式输送机巷道的锚索间排距为2.4 m×0.8 m。综合分析，207带式输送机支护参数为顶锚杆间距为800 mm，菱形布置，锚索间距为2.4 m×0.8 m。

2.3 优化设计

根据207运输顺槽巷道围岩基本条件及实际揭露状况，巷道支护采用锚网索联合支护，具体优化设计如图1所示。

a-巷道断面图；b-顶板支护图图1 207运输顺槽支护设计

巷道顶锚索使用φ21.8 mm×7 500 mm，十九芯钢绞线，配合16#-4 500 mm槽钢托梁架设支护，“一梁三索”，锚索间排距2 000 mm×1 600 mm，锚固方式采用树脂端部锚固，每根锚索使用1卷K2850和3卷Z2850树脂药卷。

锚杆采用矩形布置，靠帮顶锚杆距巷帮300 mm，与顶板成30°角斜向上施工，中间5根顶锚杆均与顶板垂直，顶锚杆采用φ22 mm×2 800 mm左旋螺纹钢锚杆，顶锚杆排间距800 mm×800 mm，锚固方式采用树脂端部锚固，每根锚杆使用1卷K2335和2卷Z2360树脂药卷，使用φ16圆钢×5 000 mm钢筋托梁，“一梁七孔”，托盘使用Q235锚杆托盘，规格为150 mm×150 mm×12 mm。

帮部采面侧采用φ22 mm×2 600 mm树脂锚杆支护，每排施工4根，间排距1 000 mm×800 mm，靠近顶板帮锚杆距顶300 mm，与水平成10°角斜向上施工，最底部帮锚杆与水平成10°角斜向下施工。锚固方式采用树脂端部锚固，每根锚杆使用1卷K2335和1卷Z2360树脂药卷，并加垫木托板，木托板规格400 mm×200 mm×50 mm，靠顶部和底部2排木托板横向安装，中间2排木托板竖向安装。

帮部煤柱侧采用φ22 mm×2 800 mm金属锚杆，每排施工4根，间排距1 000 mm×800 mm，靠近顶板帮锚杆距顶300 mm，与水平成10°角斜向上施工，最底部帮锚杆与水平成10°角斜向下施工。锚固方式采用树脂端部锚固，每根锚杆使用1卷K2335和1卷Z2360树脂药卷，并加钢筋托梁支护，规格φ16 mm圆钢×3 200 mm，托盘使用Q235锚杆托盘，规格为150 mm×150 mm×12 mm。

顶部及采面侧帮采用复合网，顶部复合网规格为4 200 mm×5 800 mm，帮部复合网规格为1 200 mm×3 400 mm。采用尼龙绳连接，网片搭接100 mm，联网步距200 mm。煤柱侧帮部采用φ6.5 mm钢筋网片，规格为1 000 mm×1 800 mm，采用上下2片搭接的形式，上下2片搭接200 mm，左右2片搭接100 mm，采用14#铁丝连接，联网步距200 mm。

3 回采巷道压力观测分析

使用KJ693型顶板动态监测系统对采掘工作面顶板在线实时监测，对已施工的锚杆支护巷道，每50 m在巷道顶板中线位置安装一个顶板位移传感器监测顶板离层状态，2种传感器交错安装，采用GMY400W型锚杆(索)应力传感器观测锚杆、锚索受力情况。采用GUW300W型顶板位移传感器观测顶板浅层和深层位移量。205运输顺槽采用的为原支护参数，通过与207运输顺槽相同位置测站的监测数据对比分析，结果如图2所示。

a-顶板离层；b-锚索受力图2 205、207运输顺槽支顶板监测分析

从图2(a)看出，在支护参数优化前的205运输顺槽顶板上，位移量11 mm，207运输顺槽位移变化趋势与205运输顺槽基本一致，监测周期内最大位移量11.8 mm。从图2(b)看出，监测周期内支护参数优化前的205运输顺槽顶板锚杆载荷最大6.7 kN，参数优化后207运输顺槽顶板锚杆最大7.4 kN。

4 结论

(1)通过对黄陵二号煤矿207运输顺槽支护参数进行优化，首先从形式上改变了原来锚杆、锚索在同一根钢带上支护方式，为快速掘进提供便利；其次，为综采超前支架的应用创造了条件，方便综采工作面在回采中的退锚工作，达到采后顶板及时垮落。

(2)通过对支护参数优化后的巷道支护进行现场工程监测，发现巷道顶板下沉量基本控制在11 mm左右，且未出现大面积的顶板下沉现象，围岩满足巷道使用要求，支护方案符合安全生产要求。