【摘要】通過對沿空掘巷錨桿支護在巷道的掘進時間、布置、斷面、支護參數(shù)進行了分析，并在實際應(yīng)用中對影響支護的各個因素，提出科學(xué)支護設(shè)計方法，從而得出一套合理的設(shè)計參數(shù)。
1概述
童亭煤礦S1073工作面位于S107采區(qū)淺部，上部為已回采結(jié)束的S1071工作面，下部為已回采結(jié)束的S1077工作面，左至CF8-1∠60～70°H=5～15m斷層保護煤柱，右至S107集中巷保護煤柱。
2參數(shù)優(yōu)化途徑
沿空掘巷錨桿支護參數(shù)的優(yōu)化，不是只從單純的支護參數(shù)來考慮，而是從回采巷道的布置以及現(xiàn)場應(yīng)用信息反饋等方面整體考慮。
2.1S1073機巷掘進的時間優(yōu)化
S1073機巷掘進時間優(yōu)化即尋找巷道掘進的最佳時間，在上區(qū)段工作面推進過程中，頂板運動的發(fā)展過程分兩個階段，顯著運動階段和相對穩(wěn)定階段。在顯著運動階段，上覆巖層支承壓力不斷發(fā)展變化，造成采空區(qū)側(cè)煤體支承壓力的變化，煤體產(chǎn)生較大變形，如果在顯著運動階段掘進巷道，則巷道容易產(chǎn)生變形破壞，不利于巷道維護。當(dāng)上區(qū)段采場老頂觸矸后，頂板運動處于相對穩(wěn)定階段，支承壓力已經(jīng)重新分布，煤體變形基本穩(wěn)定，此時掘進巷道，則巷道不易變形破壞，易于維護。因此，上區(qū)段采場老頂觸矸后頂板運動的相對穩(wěn)定階段為沿空掘巷的最佳時間。
2.2S1073機巷掘進位置優(yōu)化
根據(jù)采場周邊支承應(yīng)力分布，可能的巷道掘進位置有三種：在應(yīng)力降低區(qū)中的沿空掘巷；在應(yīng)力升高區(qū)中的煤柱掘巷；在原巖應(yīng)力區(qū)的大煤柱護巷。首先在應(yīng)力升高區(qū)掘進巷道后，巷道圍巖由三向受壓狀態(tài)變成單向受壓狀態(tài)，由于正處在應(yīng)力升高區(qū)，巷道圍巖必然要發(fā)生塑性破壞，產(chǎn)生較大變形。當(dāng)受本工作面采動影響時，由于應(yīng)力疊加，巷道難以維護；在原巖應(yīng)力區(qū)掘進巷道，雖然巷道比較容易維護，但煤柱損失比較大，不符合充分利用和節(jié)約煤炭資源的原則，故這兩種位置都不可取。由于應(yīng)力降低區(qū)的煤體已發(fā)生塑性變形，處于卸壓狀態(tài)，因此在應(yīng)力降低區(qū)中掘巷不會引起支承壓力分布和煤體力學(xué)狀態(tài)的明顯變化，易于維護。在應(yīng)力降低區(qū)中沿空掘巷分為完全沿空掘巷和小煤柱護巷兩種。完全沿空掘巷雖然能充分開采煤炭資源，但存在巷道漏風(fēng)、采空區(qū)積水等不利因素。因此沿空掘巷的最佳位置應(yīng)為留小煤柱護巷，最佳煤柱尺寸應(yīng)是在煤柱不發(fā)生貫通裂隙向采空區(qū)漏風(fēng)，誘發(fā)自燃的條件下，最小的煤柱尺寸。
2.3S1073機巷斷面形式優(yōu)化
機巷的斷面形式包括斷面形狀和斷面尺寸，從受力角度考慮，拱形斷面優(yōu)于梯形和矩形斷面。但由于回采巷道，根據(jù)地質(zhì)資料分析存在許多小斷層，如果采用拱形斷面，很多情況下需要破頂，增加掘進工程量和運矸量，更主要的是拱形斷面不利于回采工作面端頭支護，阻礙工作面快速推進。因此回采巷道一般設(shè)計為矩形或梯形斷面。
2.4S1073機巷支護參數(shù)優(yōu)化
支護參數(shù)選擇的合理與否對支護效果及經(jīng)濟效益有明顯影響。參數(shù)選擇不當(dāng)就可能造成浪費，或?qū)е轮ёo失敗，目前很多礦區(qū)的錨桿支護參數(shù)設(shè)計都是根據(jù)經(jīng)驗或采用工程類比確定的，且設(shè)計一成不變，其實，沿空巷道支護參數(shù)的設(shè)計是一個動態(tài)過程，它要充分利用每個過程提供的信息。先根據(jù)沿空巷道圍巖的錨固機理，針對巷道圍巖破壞的力學(xué)機制，采用數(shù)值模擬、解析法和經(jīng)驗法相結(jié)合的方法進行初始設(shè)計，提出合理的錨桿直徑、錨桿長度、支護密度、安裝角度、組合構(gòu)件的形式和強度等支護參數(shù)。然后將初始設(shè)計實施于井下，并進行詳細的圍巖位移和錨桿受力監(jiān)測，根據(jù)反饋信息驗證或修正初始設(shè)計。
3實際應(yīng)用
3.1地質(zhì)條件
S1073機巷沿10煤層走向水平布置，上部為已采過的S1071采空區(qū)，巷道埋深約為300m。煤層平均厚度為3.6m，煤層傾角為5°～16°，平均9°左右。煤層直接頂為細砂巖，厚度約5.0m；直接底為粉砂巖、細砂巖，厚度約9.0m。
3.2S1073機巷參數(shù)優(yōu)化
3.2.1掘進時間優(yōu)化
S1073機巷掘進時S1071采面已回采過近兩年，已基本穩(wěn)沉，因此上區(qū)段采場老頂已基本穩(wěn)定，巷道開始掘進不會受上區(qū)段采場支承壓力變化的影響。
3.2.2掘進位置優(yōu)化
根據(jù)圍巖力學(xué)參數(shù)和原巖應(yīng)力分布及在現(xiàn)場壓力實測結(jié)果，煤柱最佳尺寸為2.5m時應(yīng)力最小，為了防止錨桿安設(shè)在破碎圍巖中，使錨桿錨固力減弱，設(shè)計煤柱尺寸加寬到3m。
3.2.3斷面優(yōu)化
綜合考慮通風(fēng)、綜采支架運輸?shù)男枰艾F(xiàn)場施工的難易程度，S1073機巷斷面設(shè)計為矩形斷面，凈寬4.0m，凈中高2.8m。
3.2.4支護參數(shù)優(yōu)化
根據(jù)巷道地質(zhì)和生產(chǎn)條件，建立圍巖的力學(xué)模型，進行數(shù)值模擬，得出不同錨桿直徑和長度、支護密度的支護方案，并分析錨桿直徑和長度、支護密度等參數(shù)對支護效果的影響。最后確定S1073機巷頂板打5根φ22-L2400mm高強錨桿，在巷道頂板每隔2排鋼帶中間補打2根φ17.8-7300mm錨索。
3.2.5參數(shù)監(jiān)測
為了檢驗支護效果，巷道掘進30m后安設(shè)第一個觀測站，巷道每掘進30～50m后再安設(shè)下一個觀測站，在掘進期間分別對頂板離層、巷道表面位移和錨桿受力進行監(jiān)測。頂板離層采用頂板離層指示儀進行監(jiān)測，其中深基點觀測深度為6m，淺基點觀測深度為4m；頂板壓力觀測采用液壓枕。頂板離層在掘進30m后趨于穩(wěn)定，根據(jù)離層儀數(shù)據(jù)觀測發(fā)現(xiàn)，離層量都很小，液壓枕讀數(shù)變化也很小，這說明優(yōu)化后的錨固參數(shù)有效地控制了頂板的離層，并發(fā)揮巖石的自身承載能力，防止了離層往深部擴展。巷道圍巖表面位移采用十字布點法觀測，每隔30～50m設(shè)一組布點，頂板最大下沉量為30mm，兩幫最大移近量為40mm，其中小煤柱側(cè)煤幫移近量為20mm。
從以上數(shù)據(jù)可以看出，兩幫移近量較大，并且采空區(qū)側(cè)煤幫的移近量明顯大于實體煤側(cè)。頂板下沉量相對較小，并且在3～5天后即趨于穩(wěn)定。從總的支護效果看，巷道支護狀況良好，圍巖的變形得到有效的控制。錨桿受力通過安設(shè)測力錨桿進行監(jiān)測。通過觀測數(shù)據(jù)可以看出，頂板錨桿受力較大，且在離孔口0.9～1.2m處達到最大，說明頂板在此處有離層破壞的趨勢，這與頂板離層觀測結(jié)果也是相符的。兩幫錨桿受力是工作面?zhèn)却笥诓煽諈^(qū)側(cè)，主要是由于留設(shè)的小煤柱使開采應(yīng)力集中向遠處移動。造成煤體內(nèi)部應(yīng)力較大的原因。從整個巷道錨桿的受力情況來看，絕大部分錨桿受力在其屈服載荷以下，沒有出現(xiàn)錨桿因受力過大而被拉斷的現(xiàn)象，說明錨桿的設(shè)計選型是科學(xué)的，合理的。
從分析結(jié)果來看。頂板離層量、巷道表面位移量及錨桿錨受力都在設(shè)計要求的范圍之內(nèi)，并有效地控制了頂板下沉和兩幫位移，保證了巷道的安全狀態(tài)，說明優(yōu)化的支護參數(shù)是合理的、可靠的。
4結(jié)束語
?。?）沿空掘巷錨桿支護參數(shù)的優(yōu)化要先進行過程優(yōu)化，從巷道的布置設(shè)計、支護參數(shù)設(shè)計及信息反饋等方面綜合考慮，找到最佳的過程，再對最佳的過程中具體的支護參數(shù)運用科學(xué)的設(shè)計方法進行設(shè)計。
（2）頂板的運動發(fā)展階段直接影響掘巷時間的選擇。在頂板運動的相對穩(wěn)定階段掘巷不受上區(qū)段工作面的采動影響，是最佳的掘巷時間。
?。?）同架棚支護形式相比，錨網(wǎng)支護具有良好的可縮性，更適用于沿空巷道等大變形巷道。
?。?）采用錨網(wǎng)支護大大減少了金屬支架的搬運量，更為重要的是在工作面回采過程中，簡化工作面上下端頭的超前維護，有利于工作面的高效、快速推進及“雙高”礦井建設(shè)。
?。?）實際應(yīng)用表明，經(jīng)過優(yōu)化的沿空掘巷錨桿支護參數(shù)不僅提高了巷道支護效果，保證了巷道安全，而且節(jié)約了支護成本。
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