煤矿巷道快速掘进作业中支护方案的优化分析

杨 涛

（霍州煤电集团吕临能化有限公司庞庞塔煤矿，山西 吕梁 033200）

引言

目前由于工作面不断推进，工作面顶板以及煤层都会发生相应的变换，传统的支护形式不能满足工作地质的需要。因此，应视以顶板变化情况来对巷道支护参数进行优化。

1 工程概况

某煤矿年生产能力为60 万t，以4 号，5 号煤层为研究对象。经过调查发现4 号煤层厚度比较薄，而5 号煤层厚度在2.85～8.25 m 内[1-2]。在探究顶板变化情况时，选择某一个运输巷道，其平均高度达到了3.2 m，而宽度达到了4 m，表1 所示为顶底板情况。

表1 某工作面顶板、底板情况表

2 工作面支护现状分析

2.1 支护参数现状分析

在设计巷道支护时，相关工作人员对工作面顶底板与煤层所表现的特征进行调查，下面制定出与巷帮匹配的支护：

1）介绍顶板支护情况，以锚杆与锚索进行联合的形式实现顶板的支护。一般可以把锚杆支护间距数值取为1 000 mm。与此同时，可以将每排锚杆的距离取值为1 500 mm，其中钢筋型号设定为左旋无纵筋螺旋钢筋，直径22 mm。而在选定锚杆参数时，其长度取值为2 m。而在固定锚杆时，往往选用2 只数脂药卷。通常情况下，锚索支护参数：可以把锚索支护间距数值取为1 000 mm。与此同时，可以将每排锚杆的距离取值为1 500 mm，其中钢筋，直径与长度分别为：18.9 mm、7.3 m[3-4]。

2）对帮支护参数介绍巷进行介绍。通常情况下，工作面巷道两侧的锚杆支护设计时，其对应的参数如下所示：锚杆支护选的距离为1 500 mm，锚杆间距数值取为1 000 mm，其中钢筋型号设定为左旋螺纹钢树脂锚杆，直径18 mm。为了能够有效地优化锚杆配置，护帮宽度可以达到2 000 mm，相应的长度为2 500 mm，图1 表示相应的工作面支护断面。

图1 某断面原支护断面图（单位：mm）

2.2 原支护方案下支护效果分析

假如在作业时顶板出现较大的裂纹，并且出现了巷道两帮变形的现象，那么为了实时监测支护缺陷，这时需要对其进行实时监测。表2 表示相应的顶板与巷帮变形参数值。

表2 某工作面巷道变形情况表

由于传统的支护存在一定的缺陷，从而诱发巷道顶板与两帮围岩位置出现应力问题。为了能够有效地提高工作面的安全性，为此可以对工作面参数进行全面的优化。

3 优化巷道支护参数以及进行对应的试验

3.1 对巷道支护参数进行优化

3.1.1 锚杆参数

通常在固定锚杆运输顺槽顶板后，在进行优化锚杆支护时，测量出自稳隐形拱高度为1.9 m。可以借助公式（1）计算顶板锚杆长度：

式中：L1为顶锚杆外露的长度，取0.1 m；L2为自稳隐形拱高度，取1.9 m；L3为锚杆伸入自稳隐形拱外的距离，取0.5 m。

将数值带入公式得出L=2.5 m。

经过比较选定顶锚杆直接为20 mm。依据式（2）可以得到每排锚杆数量：

式中：n 为每排锚杆的数量；QB为锚杆的屈服强度，最大取65 kN；G 为顶板冒落拱内部锚杆所能够承担煤体载荷，取151.98 kN。

将数值带入公式得出：n=4.67。将每排锚杆数量圆整为5 根。

由于原有巷道宽度为6 200 m，而锚杆间距为1 400 mm，此外，相应的每排锚杆间距测定为900 mm。经过相应的计算可以得到相应的运输顺槽顶板锚杆支护参数如下：直径为20 mm，长度为2 500 mm。

经过计算对应的排间距参数：顺槽顶板锚杆支护对应的锚杆支护参数为20 mm，长度为2 500 mm，对应的排间距为900 mm×1 400 mm。

3.1.2 锚索参数

选用公式（3）计算锚索长度：

式中：Ls为锚索总长度；La为直接顶厚度，取4.3 m；L为锚索自由段长度，取3.2 m；Lc为锚索外露长度，取0.3 m。

将数值带入公式得出Ls=7.8 m。

3.2 对优化后的支护参数进行试验

为了对优化后的巷道支护进行验证，因此选取工作面实施20 d 内巷道某50 m 段顶板和两帮进行验证，图2 表示相应的检测结果。

图2 支护参数优化后工作面变形情况监测结果

通过分析图2 可以发现，在对工作面支护参数进行优化后，巷道顶板对应的变形量最大仅32.5 mm，远远小于传统支护下的顶板变形量为348.2 mm，巷道两帮变形量仅为10 mm，大大小于传统支护下巷道两帮变形量。经过对工作面巷道进行优化设计后，该优化方案能够有效地控制围岩变形。

4 结语

煤矿安全生产已经成为社会性的问题，巷道支护效果对煤矿安全生产造成一定的影响。因此，为了能够更好地优化巷道支护效果，因此必须依据工作面煤层与顶板的情况，进而选择合适的支护。在进行实践的过程中，在应用优化后的支护，巷道顶板支护变现量不超过32.5 mm，而巷道两帮变现量仅为10 mm。由此可以看出，经过对支护进行优化设计发现，合理的工作面支护能够有效地控制围岩的变形情况。