干河煤矿2-106工作面运输巷支护技术应用

李军军

（山西霍宝干河煤矿有限公司，山西 临汾 041602）

1 工程概况

山西霍宝干河煤矿2-106工作面开采煤层为2#煤层。2#煤层为缓倾斜煤层，倾角为6°，煤厚4.2 m。2#煤层的直接顶为砂质泥岩，厚度为6.4 m，老顶为中粒砂岩，厚度为1.7 m，直接底为泥岩，厚度为4 m，老底为中粒砂岩，厚度为10 m。2-106工作面巷道在2-105工作面回采时已完成布置，运输巷巷道掘进断面为5 700 mm×3 650 mm，采用锚索网+W钢带联合支护，运输巷原有支护锚杆规格为Φ20 mm×2 500 mm，锚索规格为Φ21.6 mm×8 800 mm，W型钢带规格为5 100 mm×280 mm×3 mm，金属网规格为100 mm×100 mm。锚索和锚杆采用树脂锚固剂进行局部锚固。2-106工作面运输巷道支护断面见图1。

图1 2-106工作面运输巷原支护断面

在2-105工作面回采过程中，2-106工作面巷道发生不同程度的围岩变形，特别是2-106工作面运输巷，其底鼓量为1 500 mm。运输巷道的严重变形影响到2-106工作面的安全生产，为了保证工作面正常推进，对2-106工作面运输巷破坏原因及支护技术进行研究。

2 巷道变形破坏机理分析

为解决2-106工作面运输巷在布置完成后围岩变形严重的问题，通过对2-106工作面运输巷围岩变形进行监测探究围岩变形影响[1-3]。

2.1 位移监测测站布置

在2-106运输巷布置三个测站，测站距离2-106切眼的距离分别为50 m、100 m、200 m，分别为1号测站、2号测站、3号测站。三个测站均采用十字布点法在巷道顶底板和两帮布置测点。1号测站监测2-105工作面已完成回采区段围岩位移，2号测站监测受到2-105采动影响区段，3号测站处于2-105工作面前侧，即将受到工作面影响段。测站布置见图2。

图2 测站布置平面

2.2 监测数据分析

在2-105工作面回采过程中，通过在3个测站对2-106运输巷围岩变形数据进行绘制，见图3。横坐标为正值代表测点超过工作面的距离，负值代表工作面距离测点的距离。

图3 三个测站巷道围岩变形情况

通过1号测站围岩变形曲线围岩变形曲线可知，运输巷道围岩变形增长较为缓慢。结合1号测站的位置可知，由于1号测站距离2-106工作面切槽眼的距离较近，距离2-106工作面距离较远，可知其前期围岩变形量受工作面影响较小，主要是受到开切眼的影响。随着工作面超过1号测点的距离逐渐增加，巷道处于受压状态时，围岩变形增长缓慢，围岩变形主要是巷道底鼓变形量较大，巷道两帮移近量较小。

根据2号测站围岩变形趋势可知，在2-105工作面经过测站后，其变形量还是在逐渐增加，直到2-105工作面推进距离超过测点至40 m后，围岩变形量逐渐趋于稳定。最终顶板下沉量为400 mm，底鼓量达到1 000 mm，两帮移近量在300 mm左右。结合测站现场情况，由于巷道顶板淋水较为严重，巷道底板为富含蒙脱石、伊利石和高岭石等遇水膨胀矿物的泥岩，因此巷道底板遇水后强度降低，底鼓量变形量大于巷道顶板变形量，而两帮移近量滞后于顶底板变形量。

从3号测站可以看出在2-105工作面在推进至距离3号测站30 m时，受到工作面的支承压力影响，运输巷道围岩开始变形，待推进至0 m时围岩变形急剧增加。从图3可以得出由于受到采动的影响，巷道底鼓和顶板下沉量增加速度几乎相同，而巷道两帮移近量的速度较小。

由于巷道所处地质构造及工程环境的不同，巷道围岩变形不是单一因素引起的变形，而是多因素交叉造成的。通过现场实际状况及矿上地质资料进行结合得出造成2-106围岩变形主要是以下三个原因。

（1）大断面尺寸影响：巷道断面大小影响着巷道围岩的稳定。2-106工作面运输巷断面为5 700 mm×3 650 mm，属于矩形大断面。巷道断面与围岩两帮移近量有关，随着断面增加，围岩两帮移近量会增加，对于底板的破坏深度也会增加。

（2）岩层底板岩性影响：根据矿山地质资料可知巷道底板泥岩中含有遇水膨胀的矿物，当底板遇水时，底板变形严重。由于2-106底板泥岩含有蒙脱、高岭石等，因此当顶板淋水严重时，造成巷道底鼓量急剧增加。

（3）相邻工作面采动影响:巷道开挖后，经过支护后的围岩处于较为稳定的状态，围岩变形量较为稳定。在2-105工作面推进过程中采动应力严重影响了2-106工作面运输巷的围岩平衡，造成围岩变形。同时2-106工作面开切眼对巷道变形也是有影响的。

3 巷道支护方案优化方案

通过结合我国研究人员对巷道支护效果进行研究，因此对2-106工作面运输巷原有支护方案进行做出以下优化[4-6]。

3.1 支护优化方案

（1）锚杆参数确定

2-106工作面运输巷顶板及两帮锚杆采用相同的锚杆，锚杆型号为HRB335型左旋螺纹钢，锚杆规格为Φ22 mm×2 500 mm。每根锚杆之间的距离为700 mm，每排锚杆的间距为700 mm，其中巷道两帮锚杆从距离巷道底板350mm的位置进行布置，顶板锚杆距离两帮400 mm的位置开始布置。锚杆采用2支MSZ23/60型树脂锚杆进行锚固，端部为厚8 mm边长150 mm的正方形托盘。

（2）锚索参数确定

顶板锚索在原有支护方案中进行增设锚索，每排锚索数量增加至5根，在两排锚索间增一排，呈现545布置方式。锚索规格仍采用原有支护方案中的Φ21.6 mm×8 800 mm的钢绞线，分别在原有锚索两侧距离两帮150 mm的位置进行增设，使每根锚索间距为1 200 mm，锚索排距变为700 mm。锚索间增设锚索托梁，两两形成联锁。锚索托盘仍采用16#槽钢托梁。

（3）金属网参数确定

巷道顶部采用Φ6 mm的钢筋搭设100 mm×100 mm的网格，运输巷两帮采用塑钢网。金属网在使用时，网片搭设长度为100 mm，相邻网片用铁丝连接。

（4）底板隔水措施

由于巷道底鼓主要是由于巷道底板遇水膨胀造成巷道底鼓明显。因此在巷道底板铺设50 mm的干石灰粉，在巷道底板和排水管铺设100 mm的C30混凝土。

通过对原有支护方案进行优化，优化后的支护方案采用增设顶板锚索数量以及在锚索间增设托梁以及在地板增加隔水措施。具体支护方案见图4。

图4 巷道支护设计

4 工程支护效果分析

根据优化后的支护方案对2-106工作面进行支护设计优化及在2-106工作面原有支护措施上增设顶板锚索和在地板进行隔水措施，使顶板锚索布置呈545方式。监测点设置在距2-106切槽眼120 m的巷道段，在2-106工作面回采时对2-106运输巷围岩变形进行监测，监测数据见图5、图6。

图5 顶板离层曲线

图6 巷道变形曲线

通过对现场采用优化后的支护方案后，优化后的支护方案在距工作面大于30 m时，顶板离层较为平稳，稳定在4 mm以下，当小于30 m时，顶板离层量逐渐增加而后逐渐平稳，最大值达到34 mm。从图5中可知底鼓量依旧大于两帮移近量，当测站距离工作面大于64 m时，工作面巷道两帮位移为0，随着距离工作面距离增加，巷道两帮位移逐渐增加至63 mm。巷道底鼓量随着距离工作面的距离逐渐增加，巷道底鼓量逐渐增加，最大值为210 mm。

由此可见，优化后的支护方案通过对巷道顶板增设锚杆以及在底板增设防水措施，有效的改善了2-106工作面运输巷围岩状况，底鼓量明显减少。

5 结语

针对干河煤矿2-106工作面运输巷受到2-105工作面开采影响的严重变形现象，通过布置测站对围岩变形进行分析得出其变形原因为巷道为大断面巷道、邻近工作面开采以及底板岩性。在原有的支护方案上，通过在巷道顶板增设锚杆以及在底板增设防水措施，方案实施后巷道底鼓量最大为210 mm，巷道两帮移近量为63 mm。围岩变形明显降低，即优化后的支护方案有效控制巷道围岩。