高突矿井巷内预置隔离墙成双巷支护技术分析

李 毅

（山西汾西矿业集团双柳煤矿， 山西 柳林 033300）

1 工程概况

9106工作面为综合机械化采煤工作面，上顺槽设计673 m，该巷道服务年限约为1年零5月，工作面布置如图1所示。

图1 9106综采工作面平面布置图

煤层层位稳定，结构简单，煤层厚度变化不大，厚度为1.4～1.8 m，平均约为1.6 m，煤层倾角2?～8?；煤层物理性质为黑色暗亮型，较脆易碎。断口呈参差状，沥清光泽。

直接顶是指在采空区以冒落，在采场内由支架暂时支撑的悬臂梁，在推进方向上不能始终保持水平力的传递；基本顶是指运动时对采场产生明显影响的传递岩梁组合。

9106工作面上顺槽掘进可知，煤层的平均厚度为1.6 m。直接顶厚度一般为采高的2倍，煤层上方3.58 m的灰色炭质黏土岩作为直接顶。

基本顶范围取采高的5～6倍，即8～10 m左右；煤层上方2.99 m的浅灰色黏土质粉砂岩、2.74 m浅灰色灰岩以及4.44 m的浅灰色细砂岩作为基本顶。

2 宽断面巷道支护方案

2.1 巷道掘进施工参数

考虑到巷道断面偏大，掘进过程中还需布置瓦斯抽放钻场，部分位置巷道宽度将进一步增大。为降低巷道支护难度，巷道掘进时按5 m宽进行掘进；隔离墙施工完毕后，左帮煤壁刷帮1.5 m，使瓦斯巷宽度达到2.5 m[1]。后期回采过程中，保留瓦斯巷作为下一工作面的运输巷，在瓦斯巷返修过程中，进行煤壁左帮的第二次刷帮，达到运输巷宽度要求。

2.2 刷帮前巷道支护参数

2.2.1 支护形式的确定

根据《MT 1104—2009煤巷锚杆支护技术规范》并结合矿井具体条件，9106工作面上顺槽顶板采用左旋无纵筋树脂锚固螺纹刚锚杆，两帮为管缝锚杆，配合锚索等进行支护。

2.2.2 支护参数确定

1）顶板。

采用左旋螺纹钢锚杆，树脂锚固。锚杆尺寸为18 mm×1 800 mm，间排距为900 mm；锚固剂为MSK2350，每根锚杆用1卷；采用150 mm×150 mm×8.0 mm方形托盘，螺母为高强阻尼螺母，配合减阻垫圈；锚固力不低于85 kN，预紧力不低于30 kN。

钢筋梁作为组合锚杆的构件。采用Φ14 mm螺纹钢加工而成。同时采用锚索加强支护，具体参数：SKP15-1/1 860，Φ15.24～Φ6 500 mm，每3排（排距2.7 m）布置2根锚索，间距为1.7 m；锚固剂为MSK2350，每根锚索采用3卷；托盘采用钢制蝶形托盘，尺寸为200 mm×200 mm；锚固力不低于200 kN，预紧力不低于80 kN。

2）右帮。

金属管缝锚杆长度为1 600 mm；铁托盘规格为150 mm×150 mm×8 mm，孔径为24 mm。间距1.3 m，排距为0.9 m。

破碎地段及过断层处，采取挂网、增加支护密度等措施；若顶板存在冒落危险，采用锚杆及锚索支护不能满足安全施工的需求时，可采用架金属棚支护。

2.3 刷帮后巷道支护参数

巷道按5 m宽掘进后滞后一定距离施工隔离墙将宽面巷道隔成回风巷和运输巷2条巷道，其中瓦斯巷的支护强度要求较高；刷帮后进行补打锚杆和锚索，支护参数如下：

1）顶板。锚杆尺寸为18 mm×1 800 mm，间距800 mm，方便施工排距为900 mm；锚索距左帮1.3 m，每三排锚杆布置1根，排距为2.7 m。锚固剂、托盘等参数与刷帮前一致。

2）左帮。由于考虑到后期的第二次刷帮，不进行支护。实际施工中在“锚杆+梯子梁+锚索”支护的基础上，进行挂网加强支护，锚索支护采用锚索梁形式；其中回风巷锚索梁交替布置，瓦斯巷依次布置。

钢网规格为长×宽=1 m×1.6 m；锚索梁，使用12号槽钢加工梁3 000 mm，两孔间距2 200 mm，孔两端保留400 mm，每套锚索梁配套使用2块钢板，钢板厚10mm，长200mm，宽200mm，钢板孔径15.6 mm。

3 现场监测内容及测站布置

为验证巷内预置隔离墙成双巷的效果，需要对其进行现场监测；综合分析相关参数，对原技术方案优化和修正。

3.1 监测内容

由于正常工作期间，人员不能进入瓦斯巷，监测主要针对回风巷进行。监测的内容有：煤体应力分布、隔离墙受力、围岩变形、锚杆（索）受力以及顶板离层等。其中隔离墙应力监测采取远距离模式，即利用引线至回风巷进行具体参数测定。观测期间工作面回采约为82 m。

3.2 测站布置

根据所需监测内容，在回风巷中选取距开切眼约20 m、40 m和60 m处布置3个测站，分别为I、II和III。

测站I、II和监测巷道围岩变形；测站II和III监测巷道顶板离层、煤体应力、锚杆（索）受力。监测内容及位置如图2所示。

应力计编号分别为：II测站1号—5号煤体应力计，III测站6号—10号煤体应力计；隔离墙应力监测为1号隔离墙应力计[2]。顶板离层编号为：II测站1号顶板离层仪，III测站2号顶板离层仪。锚杆（锚索）测力计编号为：测站1号—3号II号锚杆测力计以及1号锚索测力计；III测站4号～6号锚杆测力计以及2号锚索测力计。

图2 巷道测站布置图

4 监测结果分析

4.1 巷道围岩变形

用十字布点法测量巷道围岩变形，即在顶板和两帮设置四个基点，通过监测其距离变化，观测巷道变形。

1）3个断面中顶板的最大下沉量29 mm，底板最大鼓起量40 mm，顶底板最大移近量为69 mm，两帮（主要为煤壁侧）的最大移近量53 mm。从整体来看，两帮移近量较顶底板移近量小，主要是由于隔离墙的存在限制了两帮的移近，与此同时煤壁侧的管缝锚杆支护有效地控制了其变形。距离工作面较近时，煤壁侧出现片帮等，但由于巷道积水等原因，无法进行监测。

2）工作面回采过程中对围岩变形明显影响的范围约在24～28 m，该范围内应当加强支护，9106工作面回风巷实际超前支护距离为25 m，可以基本满足要求。

3）距离工作面20 m范围后，围岩变形一般明显增加，尤其是10 m范围之后，变形速度明显加快，说明该区域属于超前支撑应力集中区。

4）顶底板移近量与两帮移近量均较小，不会对巷道的通风造成明显影响，能够满足基本要求。

4.2 顶板高层

顶板离层监测选用KGE30C离层报警检测仪。在9106回风巷顶板中部垂直打入一个Φ28～Φ32 mm、深6.5 m左右的钻孔，在钻孔2.0 m、6.2 m处分别布置浅、深基点以固定锚爪。锚爪随岩层的变化而发生相对移动，其量通过仪器内传感器记录下，通过顶板不同层位的位移差，从而判断出巷道顶板的稳定性和锚杆支护效果。

4.2.1 断面Ⅱ处巷道离层监测数据分析

1）在工作面超前20 m范围以外基本没有离层发生；超前工作面15 m左右时，开始出现较明显离层，并且随着工作面的推进，离层量逐渐增加。

2）离层量增加时，深基点读数增加明显，最大达到12 mm；浅基点读数基本维持在4 mm左右，说明离层发生在浅基点与深基点之间。

3）离层量总体较小，说明巷道锚网支护效果较好，有效地控制了顶板离层的发生。

4.2.2 断面Ⅲ处巷道离层量监测数据分析

1）总的来看，2号测点的顶板离层量随着工作面的推进逐渐增大；大约在超前工作面25 m处开始有明显离层，最大值约为10 mm。

2）工作面推进10 m以内后，离层有明显的增加趋势。

3）离层量增加时，深基点、浅基点读数以及二者之差均有所增加，说明在浅基点之下以及浅基点与深基点之间均有离层发生。

4）离层量总体较小，说明巷道锚网支护效果较好，有效地控制了顶板离层的发生。

综合分析断面II和III处的离层数据，可知两处的顶板离层量均较小，最大约为12 mm，说明巷道整体支护效果较好[3]。

4.3 锚杆锚素受力

锚杆（索）测力计采用ZMC-IIA液压式锚杆工况测力计。选择回风巷断面临近位置处巷道中部及靠近工作面煤壁侧的3根锚杆、断面临近位置的1根锚索进行锚固力测量。

4.3.1 锚杆受力

断面II和断面III处巷道顶板锚杆随着工作面的推进，受力趋势监测数据分析。

1）随着工作面回采，断面II处和断面III处的锚杆受力逐渐上升。

2）开始时，锚杆受力为50 kN左右，受力较小。

3）断面II在距工作面26 m左右时，锚杆受力明显增加；断面III在距离工作面20 m时锚杆受力开始增加；综合分析，20m左右为超前支撑应力集中区。

4）断面II处1号锚杆最大受力100 kN，断面III处5号锚杆最大受力9 kN；锚杆最大受力均小于其破断力；锚杆支护参数较为合理。

4.3.2 锚素受力

随着工作面的推进，断面II和断面III处巷道顶板锚索的受力监测数据分析：

1）随工作面的推进，断面II和断面III的锚索受力整体呈上升趋势。断面II中锚索测力计最大受力为172 kN，断面III中最大受力156 kN。

2）根据曲线变化，锚索受超前采动明显影响的范围在工作面前方15～20 m。

3）由观测结果看，锚索受力小于锚索的破断力，选型较合适。

结合巷道顶板离层和锚杆锚索受力分析可知，回风巷道总体支护效果较好，在锚杆、锚索等支护下有效地控制了围岩离层的发生。

4.4 隔离墙受力

隔离墙内应力计布置高度为1.0 m，距边缘0.5 m；回采过程中，隔离墙应力监测数据分析。

1）从1号测点来看，隔离墙体中最大压应力约为6 MPa，顶板压力不足以破坏隔离墙体，它仍然呈弹性状态，有支撑上覆岩体的能力。在回采60 m之后，隔离墙体内部的应力维持在4 MPa左右，和理论计算比较吻合。

2）在工作面后方20～60 m，隔离墙体内压应力为2～6 MPa，波动范围较大，这和该位置处顶板运动较剧烈相吻合。由于该处距工作面较近，在顶板来压作用下，引起隔离墙体内应力变化。在工作面后方60 m外，受顶板来压影响减弱，顶板运动趋于稳定，墙体受力逐渐平稳。

总体而言，隔离墙体受力较小，是稳定可靠的。

5 结语

提出一种高突矿井巷内预置隔离墙成双巷无煤柱护巷技术，该技术在9106工作面进行了工业试验，对该试验巷道初次回采期间围岩变形、锚杆（索）受力等进行了现场监测，结果表明试验巷道的稳定性较好，可以满足安全生产的要求，达到了预期效果，表明该技术可以在类似的条件下推广应用。