坪上煤业23011 巷支护改进研究

张晨交

（山西晋煤集团沁秀煤业有限公司， 山西 晋城 048006）

1 现场概况

23011 巷是坪上煤业二盘区首个工作面的进风顺槽巷道，巷道沿顶板掘进，煤层厚度4.9 m。该巷道位置偏远，构造较多，构造应力场复杂，开采扰动影响强烈，巷道目前掘进至650 m，从现场围岩条件和支护效果来看，目前一次使用巷道的锚杆支护效果很好，但支护密度过大、支护效率低，同时还存在如下问题：一是高刚度锚杆成本过高，不利于推广和应用，二是影响锚杆预应力的因素较多，锚杆预应力损失严重。因此非常有必要分析降低巷道支护密度的可行性，提出低密度高强度支护设计，以提高巷道掘进效率。

2 研究内容

对23011 巷地应力情况及地质条件进行调查，利用计算机软件测定23011 巷的煤体强度，对巷道的初始设计进行分析改进，提出一次使用顺槽巷道锚杆支护初始设计，并对现场实施情况进行效果验证。

3 地应力情况

对23011 巷400 m 前后选取三点进行地应力测试，具体位置为：第一测站位于井底车场配风巷内，第二测站位于2301 外回风顺槽内，第三测站位于东轨大巷，距离6 号横川向里60 m 处，测试结果见表1。

表1 地应力特征表

结合表1 所测数据可知，从地应力量值上来划分，该区域属于中等应力值区域。最大水平主应力方向均为北偏东方向，垂直应力主要影响巷道的两帮。在应力场中平行于最大水平主应力方向是最佳巷道轴线方向[1]。

4 煤体强度参数测定

在西翼轨道巷靠近2301 工作面附近进行了煤体强度测试，测试结果如图1、图2 所示。

图1 23011 巷道北帮煤体强度测试结果

图2 23011 巷道南帮煤体强度测试结果

由图中可以看出，巷道两帮煤体强度最大17 MPa，最小5 MPa，平均强度在10 MPa 左右，煤体强度整体较低。

5 力学评估

根据上述研究成果，对该区域围岩进行综合生产地质力学评估。

5.1 围岩岩性

该区域煤层顶板围岩分布分层少，整体性好，围岩岩性以泥岩、砂质泥岩、砂岩为主，结构性较好，整体强度相对较高。从结构窥视来看，围岩塑性区最大深度为3.5 m，且破碎区无离层破碎。

5.2 地应力分布情况

该区域为中等强度地应力分布区，最大水平主应力方向为北偏东方向，与巷道轴线近似平行，为巷道维护的最优方向[2]，地应力分布情况利于巷道支护与优化。

5.3 水文与地质构造情况

该区域水文地质类型定为二类二型中等，补给来源少，涌水量不大，易于管理。

根据地质说明书，本盘区内大中型断层不太发育，小型断层及陷落柱较为发育，整体条件较好，但掘进时需注意小型构造的影响。

5.4 生产条件

试验巷道23011 巷为一次使用顺槽，巷道断面为矩形，断面积4.5 m×3.1 m，巷道断面较小，巷道掘进时周边无采动影响，生产条件良好。

综合来看，该区域生产地质条件相对简单，有利于进行巷道维护，满足巷道低密度高强度支护优化的基础条件。在3 号煤层一次使用顺槽实施高强低密度支护技术是完全可行的。

6 支护设计

试验巷道局部地段煤层大约有13°倾角，巷道为梯形断面。根据巷道围岩变形量和通风设计要求需要，巷道掘进断面为4.5×（3+4）/2 m2。巷道沿煤层顶板掘进。支护设计布置图如图3 所示。

图3 2301 工作面顺槽煤层倾角13°时巷道支护设计布置图（单位：mm）

1）当巷道掘进超高时，应根据现场具体情况，巷道高度超过500 mm 时每排每帮补打1 根锚杆进行加强支护。

2）当巷道掘进超宽时，应根据现场具体情况，巷道宽度超过800 mm 时每排补打1 根锚杆；宽度超过1 500 mm 时每排补打1 根锚索和1 根锚杆进行加强支护。

3）当巷帮煤体松软破碎巷帮成型较差时，巷帮锚杆全部采用单体锚杆进行支护，并用W 钢护板进行护表。

4）巷道顶板破碎时，根据现场具体情况通过缩小锚杆、锚索间排距、增加锚索加强巷道支护强度。

7 现场验证

在23011 巷道布置1 号测站，对巷道正常掘进时顶底板和两帮的围岩变化进行监测，得其表面位移曲线如图4 所示。

图4 巷道掘进时表面位移监测曲线

从监测曲线可以看出，各测点随着相距掘进工作面距离增大，变形速度由大逐渐变小，直至变形稳定。巷道总变形量不大，顶板下沉量较小（最大20 mm），顶底板最大移近量57 mm，两帮最大移近量94 mm。工作面正常推进时，巷道变形仍然在持续，保持一个比较低的速度发生缓慢蠕变变形。但巷道变形受工作面动压的影响是最敏感的因素，一般超前工作面100 m 外开始发生变形，超前工作面30 m 处为变形剧烈区[3]，巷道变形均以两帮变形为主，巷道变形量不大。

8 结论

对坪上煤业23011 巷道地质和生产条件调查分析，针对23011 巷围岩条件和受力特征，确定巷道优化支护方案，提高了锚杆、锚索支护排距，同时将锚索支护长度降低，有利于预紧力的有效发挥，形成低密度高强度稳定型支护体系。优化后的巷道支护设计用于井下试验。井下矿压监测表明，掘进期间煤帮最大移近量94 mm，巷道变形以两帮变形为主，且对回采动压引起的反应敏感，一般超前工作面100 m外开始发生变形，变形剧烈区位于超前工作面0～30 m 处，两帮最大位移量为176 mm，顶板下沉量最大为31 mm，巷道变形量不大。应用分析表明，采用优化后的支护方案，支护效果良好，维护量小，支护成本降低18.64%，掘进效率提高10%。