凤凰山矿XV3207巷支护设计改进研究

关 昆

（山西晋煤集团凤凰山矿，山西 晋城 048006）

凤凰山矿XV3207巷锚杆支护参数比较保守，打设锚杆锚索的密度偏大，巷道掘进速度慢，采掘衔接紧张局面日益突出。为了缓解采掘衔接紧张的局面，提高巷道的掘进进尺，有必要采用数值模拟与现场试验相结合的方法，对该巷道的支护参数进行优化，总结出适合于XV3207巷的锚杆支护最优化方案，提高掘进速度和生产效率。

1 概况

XV3207巷为XV 3304工作面进风顺槽，盖山厚度206.0～405.0m，平均330.1m。北为一五三盘区轨道巷、皮带巷和回风巷（均已掘），东为XV3306工作面（已圈出），西为未采区，南为盘区边界，上覆9号煤为老窑区和94307机采工作面。巷道布置如图1所示。

图1 XV3304工作面巷道布置图

15#煤层厚度1.62～2.91m，平均2.28m，含一层平均0.40m厚的夹矸。伪顶为泥岩，厚度0.10～0.86m，平均0.42m，普氏硬度系数2.5；直接顶和基本顶均为K2石灰岩，厚度8.61～9.97m，平均厚度9.48m，抗压强度为80.88MPa，普氏硬度系数8.09。

工作面整体为一单斜构造，预计掘进至距巷口530～590m范围内将揭露陷落柱（X21）。

2 初始支护设计及支护评价

原巷道断面设计掘进宽度为4.5m，高度2.6m，此巷道断面为锚杆支护，每排3根，排距1000mm，间距1000mm。所有锚杆均垂直顶板打设，锚索直径为Ф17.8mm，长度5300mm，钢绞线抗拉强度为1860MPa，每4排锚杆打1根锚索，排距6000mm，垂直顶板岩层打设。锚索预紧力≥150kN。如图2所示。

图2 4.5m×2.6m断面原支护设计图

3207巷现阶段支护能够满足要求，但巷道550m往后出现不同程度的形变，顶板和左帮围岩变形较大，主要存在如下问题：

（1）原支护密度过大，掘进效率低，材料损耗严重。从现场围岩观测效果来看，巷道顶板岩层与锚固剂粘结良好，可适当增加锚杆锚索间排距[1]。

（2）帮部支护效果欠佳。通过对左右两帮锚杆拉拔试验可知，锚杆整体表现出扭矩大、预紧力小的特点，扭矩与预紧力的转换系数不高，可改用减磨线圈或大功率涨拉仪器。

（3）现场锚网梁联合支护体系用的是菱形网，护表强度不足，可改用护表效果更好的经纬网，提高顶板和两帮的护表效果[2]。

3 优化设计

结合现场情况和试验数据，对锚杆、锚索型号进行了重新选型，对顶锚杆的长度、间距和护网进行了重点优化（表1）。

表1 3207巷断面支护参数对比

对巷道断面支护设计进行优化，如图3所示。

图3 断面优化支护设计图

此时锚杆排距1500mm，每排5根锚杆，间距1500mm；锚杆配件为减磨或尼龙垫圈，托板规格为150×150×8mm，网片采用经纬网护顶，网孔规格50×50mm，每4排锚杆打1根锚索，排距6000mm，垂直顶板岩层打设。锚索预紧力≥150kN，其他支护参数不变。

4 试验模拟

对前后数据进行试验模拟分析，得前后支护对比模拟图如图4所示。

图4 参数优化前后效果对比图

从上图可以看出，参数优化后顶板围岩渐变量从-30mm变化为-10mm，下沉量也得到了极大改善，对顶板围岩的约束能力也进一步提高，能够有效控制顶板下沉变形[3]。还需对现场支护情况进行工业性试验，并对实测数据和模拟数据进行对比参考。

5 工业试验及效果

在XV3207巷700m往后使用新的支护设计，并进行了为期三个月的工业性试验。经过现场效果观测可知，700m往后巷道围岩保持稳定，顶板基本没有发生离层，两帮移近量不超过10mm，顶底板移近量不超过10mm，并且变形已经稳定，不再产生新的变形，有效控制了围岩的变形移动。该结论与试验模拟情况基本吻合。