祥升煤业上组煤5号交岔点支护技术研究

张福文

（山西寿阳潞阳祥升煤业有限公司，山西 寿阳045000）

0 引言

巷道是保证煤矿井下正常生产运转的基本组成部分，担负着井下行人、运输、通风、排水等任务，巷道支护效果和围岩的稳定性直接影响到煤矿的正常安全高效生产。煤矿井下巷道七纵八错，2个及以上巷道将会出现平面交岔的现象从而出现交岔点。在巷道交岔点位置处，随着巷道断面积的增大，其围岩矿压特征与普通单一巷道的围岩矿压特征也会有所不同。因此，必须针对交岔点巷道的实际地质条件，对其围岩矿压特征进行具体分析，在此基础上提出针对性的具体支护方案。

1 交岔点巷道概况

1.1 矿井基本情况

祥升煤业隶属山西潞安矿业（集团）有限责任公司，为资源兼并重组矿井，地处山西省晋中市寿阳县宗艾镇，矿井产能90万t/a，南北、东西的长度分别约为6 km、1.6 km，总体面积约10.414 1 km2。矿井批采3～15下号煤层，可采煤层包括山西组的3、6号煤层以及太原组的8、9、15、15下号煤层。采用中央并列式通风系统，主斜井、副立井进风，回风立井回风，布置有+932、+832 m 2个开采水平。矿井水文地质类型为中等型，瓦斯等级为高瓦斯。

1.2 交岔点基本情况

上组煤5号交岔点巷道沿6号煤层底板布置，其断面基本见表1。

表1 上组煤5号交岔点断面基本情况

上组煤5号交岔点位置及平面布置见图1。

图1 上组煤5号交岔点位置及平面布置示意图

2 交岔点巷道矿压特征

2.1 交岔点顶底板岩层分布特征

通过在交岔点附近巷道钻取岩芯，进行力学试验，得到6号煤层及顶底板岩石力学参数见表2。

表2 上组煤5号交岔点附近巷道围岩岩石力学参数统计表

2.2 交岔点矿压特征

上组煤5号交岔点巷道最大宽度9.552 m，最高高度6.076 m，埋藏深度107～140 m。6号煤层厚0.50～2.95 m，平均2.03 m，一般均含一层夹石。砂质泥岩顶板层理裂隙发育，局部垂直裂隙明显，易导致顶板离层、裂隙发展甚至出现断裂变形等情况。帮部围岩介于裂隙和破碎两者的特征之间，因此帮部容易出现垮落等情况，进而也会影响到帮部支承顶板围岩的承载能力，从而还会加速顶板围岩的变形程度。综上所述，将会出现从顶板围岩变形到顶板围岩离层、裂隙发展，再到帮部破碎、垮落影响到帮部支承顶板围岩的承载能力，进而又会加速顶板围岩裂隙发展程度导致帮部破碎、垮落加速这一不利于巷道围岩支护的循环中，并且顶板岩层还会随着时间推移逐步出现拱形破碎区域，进而还会增大巷道围岩中承受载荷岩体的范围。

3 交岔点巷道支护设计方案

根据上组煤5号交岔点围岩特征和矿压特征，结合巷道围岩变形与支护相关理论，支护方案控制交岔点巷道的顶板和帮部围岩变形，应当分别遵从围岩弹塑性和松动性能够处于稳定状况的原则。

总体支护形式：锚网索喷支护形式。

3.1 锚杆

采用规格ϕ20-M22-2400 mm的高强左旋螺纹钢筋，加长锚固方式，K2335、Z2360型号的锚固剂各1支，钻孔直径28 mm，锚固长度1 300 mm。间排距均为900 mm，最大断面处每排20根锚杆。锚杆配合尺寸150 mm×150 mm×10 mm的高强度托板盘及相关锁具，拱形高度≥36 mm。预紧力矩介于300～500 N·m之间，并且锚固力不小于130 k N。

钢筋梯梁采用ϕ14 mm的圆钢焊接而成，尺寸3 800 mm×90 mm。钢筋网采用ϕ6 mm的钢筋制作而成，网片尺寸4 000 mm×1 000 mm，网孔尺寸100 mm×100 mm。

3.2 锚索

采用规格为M S-ϕ17.8-1-8300 mm的低松弛预应力钢绞线，加长锚固方式，K2335型号的锚固剂1支、Z2360型号的锚固剂2支，钻孔直径28 mm，锚固长度1 750 mm。中间的锚索应布置于巷道顶板正中处，排距1 800 mm，间距2 000 mm。巷宽＜8 m时，每排5根锚索；巷宽≥8 m时，每排7根锚索。锚索配合尺寸300 mm×300 mm×16 mm的高强度托板及相关锁具，托板用钢标号≥Q235，拱形高度≥60 mm。预紧力范围200～250 k N，损失后的预紧力要大于150 k N，并且锚固力不小于300 k N。

3.3 喷射混凝土参数

喷射用混凝土标号为C20，采用2次喷射成型的施工方式，第1次、第2次喷射混凝土的厚度分别不小于50、100 mm，总厚度≥150 mm，并且要求喷射混凝土厚度均匀。

3.4 其他支护要求

由于上组煤5号交岔点为断面变化巷道，在交岔点现场施工当中必须确保支护材料的密度，以现场实际情况为准及时修改支护参数。此外，对上组煤5号交岔点前后5 m范围内的巷道进行补强支护，将巷道原支护参数中锚杆排距修改为900 mm，并喷射混凝土封闭护巷，总厚度≥150 mm，要求喷射混凝土厚度均匀。5号交岔点支护示意图如图2所示。

图2 上组煤5号交岔点支护示意图

4 交岔点巷道矿压监测

将顶板离层仪布置于上组煤5号交岔点顶板中心位置处，对交岔点的支护效果进行连续观测，其监测结果统计如图3所示。

图3 上组煤5号交岔点顶板离层监测结果

通过图3可以得出，上组煤5号交岔点顶板离层量会在第0～20 d出现缓慢增长的现象，其增长趋势较为平缓，说明锚杆、锚索的预紧力在支护初期就能够有效控制巷道顶板的变形，具有显著的支护能力。当交岔点支护20 d之后，交岔点顶板围岩活动趋于平稳，总体上的顶板离层量约25 mm，说明交岔点顶板锚固区内围岩控制效果良好。

5 结语

采用实验室试验的方法对祥升煤业上组煤5号交岔点附近巷道顶底板取样岩芯进行岩石力学测试，在此基础上对交岔点的围岩特征和矿压特征进行分析，结合巷道围岩变形与支护相关理论，确定出交岔点的锚杆+金属网+锚索+喷浆联合支护具体方案。通过矿压观测结果表明，交岔点支护方案整体效果良好，所设计的支护参数科学合理，可以推广到矿井其他类似条件下的交岔点支护设计当中。