回采巷掘进工作面支护优化及应用

张宏钢

（汾西矿业曙光煤矿，山西 孝义 032300）

引言

巷道围岩支护设计时应充分考虑巷道地质条件、实际需要，以便提出围岩支护方案[1]。但是当支护设计之初考虑因素不全面时，往往导致支护的巷道围岩变形量较大，难以满足现场实用需要[2-4]。为此，众多的工程技术人员、研究人员等对巷道支护设计以及支护参数优化等展开研究，其中王泽睿对大采高工作面超前支护中使用的单体支护存在的弊端进行分析，并通过在使用超前支架对巷道围岩进行支护，有效控制了围岩变形；潘峰等对3306轨道巷原支护参数存在问题进行分析，并依据轨道巷实际地质条件对巷道支护参数进行优化。上述研究成果为其他矿井回采巷道支护设计工作开展提供了经验借鉴[5]。文中即在前人研究成果基础上，对山西某矿18607运输巷围岩支护参数进行针对性优化，以便提高回采巷道支护效果。

1 工程概况

18607轨道巷设计掘进长度为1 890 m，断面为矩形（净宽、净高分别为4.8 m、3.2 m），沿8号煤层顶板掘进。18607轨道巷掘进范围内煤层赋存稳定，厚度平均为3.0 m、倾角3°，具体掘进范围内煤层顶底板岩性参数见表1所示。

表1 8号煤层顶底板岩性

18607轨道巷使用锚网索方式控制围岩变形，在顶板按照800 mm×1 000 mm间排距施工6根直径20 mm×2 400 mm锚杆；按照2 000 mm×2 400 mm间排距施工2根直径22 mm×5 400 mm锚索。巷帮煤岩体控制采用玻璃钢锚杆，施工的间、排距为800 mm×1 800 mm。具体支护断面见图1所示。

图1 18607轨道巷原支护断面图（单位：mm）

18607轨道巷原自锚网索支护强度较，但是现场监测发现顶板、巷帮最大变形量分别为320 mm、437 mm，围岩变形量较大给巷道正常使用带来一定威胁。现场分析发现，18607轨道巷采用的锚网索支护方案存在支护参数不合理问题，难以有效控制围岩变形，因此需要支护参数进行针对性优化，以便提高围岩控制效果。

2 巷道支护参数优化

针对18607轨道巷原支护参数围岩控制效果不合理问题，分别对顶板、巷帮锚网索支护参数进行优化，优化后支护断面见下页图2所示。

图2 优化后的巷道支护断面（单位：mm）

1）顶板支护。顶板支护按照900 mm×1 000 mm间排距施工22 mm×2 400 mm高强螺纹钢锚杆，位于顶板两侧（最外侧）锚杆与巷帮间保持250 mm间距，锚杆均垂直顶板布置。使用MSK2335、MSZ2360树脂锚固剂，锚固长度950 mm，锚固后形成的锚固力应在150 kN以上，施加的预紧力在400 N·m以上；使用高强钢托盘（150 mm×150 mm×150 mm）。顶板支护按照2 000 mm×2 400 mm间排距布置2根型号SJP22-1/1720-6400锚索，锚固用1支MSK2335、2支MSZ2360树脂锚固剂、长度1 550 mm，配套使用可调心托盘（300 mm×300 mm×16 mm），锚固完成后施加300 kN预紧力。顶板用10号金属丝编织而成金属网片支护，规格（长、宽）为5 200 mm×1 300 mm，网孔为45 mm×45 mm。钢筋托梁用D14 mm钢筋焊接，长度×宽度=4 300 mm×80 mm。

2）巷帮支护。巷帮每侧布置4根D20 mm×2 000 mm螺纹钢锚杆，顶部、底部锚杆与顶板、底板间距为300 mm、400 mm，巷帮靠近顶板的3根锚杆间距为800 mm、下部2根锚杆间距为900 mm；锚杆排距为1 200 mm。巷帮锚杆用1支MSK2335、MSZ2360锚固剂锚固，锚固后施加给锚杆上的锚固力在70 kN以上，施工完成后给锚杆上施加40 kN预紧力。巷帮支护使用的金属网片长度、宽度分别为3.5 m、1.3 m，金属网片网孔大小为45 mm×45 mm。巷帮使用W钢带（型号BHW-280-4-400）护帮，W钢带长、宽、厚分别为400 mm、280 mm、4 mm。为提高巷帮煤体稳定性，在巷帮中部按照2 400 mm间距施工一锚索。

3 巷道围岩支护参数优化效果分析

在对18607轨道巷围岩支护参优化后，采用十字布点法对支护参数优化后的巷道围岩变形量进行监测，不在的测点间隔为100 m，共计观测60 d，具体监测结果见图3所示。

图3 围岩变形量监测结果

从围岩变形量监测结果得知，1号、2号测点变形趋势基本一致。围岩变形量在支护完成的30 d内变形量较大，其中顶板、巷帮最大变形速度分别为3.36 mm/d、4.32 mm/d，最大变形量分别稳定在106 mm、131 mm。在支护完成30 d后，巷道围岩变形量基本趋于稳定，支护完成60 d后围岩顶板、巷帮变形量最终稳定在135 mm、152 mm，围岩变形量整体在合理范围内，不会给巷道后续使用安全带来威胁。

4 结论

1）18606轨道巷在原锚网索支护参数下巷道存在围岩变形量过大，在一定程度上制约运输、通风以及行人需要。为此，依据巷道围岩变形特点对支护参数进行优化设计，具体是增强顶板锚杆索支护强度，将巷帮锚杆由玻璃钢锚杆改为金属锚杆、巷帮中部增加锚索。

2）对18607轨道巷优化设计完成后进行现场应用，并通过布置测点对巷道支护优化效果进行监测。结果表明，支护完成后，巷道围岩在前30 d变形量较大，30 d后围岩变形基本趋于稳定。最终在监测期间发现顶板、巷帮变形量最大分别为135 mm、152 mm，现场应用取得较好的围岩支护优化效果。