巷道掘进支护技术在采煤工程的应用

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1煤矿巷道总体情况概述

某煤矿工作面煤层的厚度范围为3.25~6.31m，平均煤层厚度为5.18m。煤层倾角在4°~9°范围内，平均倾角大小为7°，可以看出煤层倾角不是非常大，可以将其看成近水平煤层。经过前期勘察发现，该工作面煤层整体结构比较简单，也非常稳定。煤层下部区域位置有少量的夹矸，平均厚度为0.21m左右，经过评估认为掘进过程不会顶板和底板变形产生非常大的影响。巷道顶板以泥岩为主，也包含少量的砂质泥岩，性质上相对比较软弱，直接顶的平均厚度为3m左右。巷道底板以沙岩为主，同时包含有部分植物化石，整体上比较软弱，遇到水时容易发生膨胀泥化效果，平均厚度为2.9m左右。巷道的断面形状为矩形，宽度和高度分别为5m和3.3m，预留有一定厚度的底煤，平均厚度在1.8m左右。巷道的宽度达到了5m，跨度相对较大，根据相关理论和实践经验可知，当跨度较大时顶板容易受拉产生变形。因此，做好巷道掘进技术方案非常重要，直接决定了巷道安全。

2采煤工程中的巷道掘进支护技术方案

2.1巷道顶板支护技术。（1）锚杆支护参数。顶板采用的是螺纹钢锚杆，直径和长度分别为22mm和2.4m，每排设置6根锚杆，相邻锚杆之间的距离为0.9m，相邻两排锚杆之间的距离为1m。锚杆安装时需要用到的辅助装置主要包括垫圈、球垫、高强螺母和拱形托盘。其中托盘的规格为120mm×120mm×8mm，要求具备较高的承载能力。相邻锚杆之间还需要安装长度和宽度分别为4.7m和80mm的梯形钢梁，并进行牢固焊接。利用直径为3.3mm的铁丝制作成铁丝网，网孔为菱形，边长为50mm。制作完成的铁丝网长度为5.3m、宽度为1.1m，具体使用时需要根据巷道尺寸进行裁减和拼接，拼接时必须利用铁丝捆扎牢固。所有锚杆都与顶板保持垂直进行安装，倾斜角度误差控制在5°范围内。锚杆安装时使用树脂锚固剂进行加长锚固，具体型号为MSZ2360，每根锚杆使用一支锚固剂。完成锚杆安装工作以后，需要对其实施二次预紧，要求预紧力超过300N•m，足够的预紧力是保障支护效果的基础。（2）锚索支护参数。锚索采用的是高强钢绞线，其直径和长度分别为18.9mm和5.3m，每排安装2根锚索，相邻锚索之间的间距为2m，相邻两排锚索之间的间距同样为2m。通过“2-0-2”的方式布置锚索，也就是每间隔两排锚杆设置一排锚索。锚索安装时全部与顶板保持垂直，锚索以临近巷帮之间的距离为1.5m。安装过程中需要用到可调心托板作为辅助装置，其规格尺寸为300mm×300mm×14mm，另外还需要用到锁具。每根锚索都使用两支锚固剂进行加长锚固，两支锚固剂的型号分别为MSZ2360和MSK2335。锚索的张紧力应该超过250kN。2.2巷道两帮支护技术。巷道两帮中使用的锚杆规格尺寸与顶版完全相同，间距和排距也相同。每排设计4根锚杆，最上面锚杆与顶板之间的距离为0.2m，最下面锚杆与底板之间的距离为0.4m。其它辅助装置以及施工过程均与顶板相同。

3巷道掘进支护方案实践应用效果分析

3.1监测方案的确定。在本文所述工作面掘进过程中，设置两个监测点，分别与开口之间有一定的距离，对这两个监测点的位移变形情况进行连续监测。主要是监测顶底板之间的移近量和两帮之间的移近量。监测点分别布置在断面1和断面2位置，两个断面与巷道开口之间的距离分别为1300m和1800m。通过“十字交叉连线”的方法测量监测点顶底板之间和两帮之间移近量。如图1所示，在每个监测断面的顶板、底板和两帮位置分别设置固定点，其中A、D的连线为垂直线，B、C的连线为水平线。具体测量过程中，利用钢丝分别将BC和AD进行连接，然后利用测量工具测量AO、BO、CO、DO四个数据，基于这四个数据的变化情况计算得到对应的巷道围岩变形情况。在刚开始的一个月时间以内，每间隔一个星期对两个测点进行一次测量。一个月以后，每间隔一个月对其开展一次测量工作，连续监测三个月时间。每次测量后记录数据并根据监测方案计算得到每个监测点的顶底板移近量和两帮移近量。3.2监测结果统计分析。根据以上制定的监测方案，得到两个监测点不同时间对应的位移变形情况，绘制相关的变化曲线可知，随着时间的延长，不管是顶底板移近量还是两帮移近量均逐渐增加。刚开始的阶段，巷道顶底板和两帮移近量均出现了快速的增加，变形速率相对较大。在第1个星期内，顶底板移近量平均为每天3mm左右，在第2个星期内，顶底板移近量平均为每天2mm左右，在第3个星期内，顶底板移近量平均为每天1.3mm左右。经过连续一个月的变形后，顶底板的移近量已经基本保持稳定，每天的变化量非常小。两个月时已经保持稳定，三个月的数据和两个月的数据相同。稳定状态下，两个监测点顶底板的最大移近量分别为61mm和72mm。工作面顶板岩体比较坚硬，变形量相对较小，但是底板为煤体，出现了明显的变形。对于两帮移近量而言，随着时间的推移，其变化趋势与顶底板移近量的变化情况基本相同。刚开始阶段的变形比较剧烈，随着时间推移其变形程度逐渐减缓，1~2个月左右时基本保持稳定。稳定状态下，两个监测点两帮最大移近量分别为84mm和89mm。基于以上分析结果可以看出，巷道围岩不管是顶底板还是两帮移近量，在1个月左右时基本保持稳定。就围岩变形速率而言，总体上呈现出由高到低，直至保持稳定的过程。该现象说明了设计的巷道掘进支护技术方案发挥了作用，有效控制了巷道围岩的变形趋势，锚杆和锚索的作用力帮助围岩结构达到了力的平衡状态，使之不再发生变形。从监测点的最大位移量来看，都控制在合理范围内，不会对巷道安全构成威胁，保障了采煤工程的安全。

4结语

采煤工程中进行巷道掘进时，做好巷道支护工作非常重要，直接决定了整个煤矿工作面巷道的安全。在深入分析煤矿巷道总体结构以及巷道围岩性质的基础上，对巷道顶板和两帮的支护方案进行了系统的研究和设计，主要采用的是锚杆和锚索支护。将设计的巷道支护技术方案应用到采煤工程实践中，基于两个监测点对巷道顶底板和两帮的变形情况进行了连续三个月的监测。结果发现巷道顶底板最大移近量和两帮最大移近量分别为72mm和89mm，在合理的范围内，能够满足实际使用需要。巷道掘进支护技术方案有效保障了巷道掘进过程的安全，具有一定的实践意义和理论意义。

作者:郭阳勇 单位:山西晋煤集团晟泰公司安全管理部