巷道锚杆支护参数的优化及对比研究

2020-04-12陈国华

机械管理开发 2020年12期

陈国华

（西山煤电西曲矿，山西古交030200）

引言

据统计，大部分煤矿事故的发生是由于对巷道围岩控制不佳、瓦斯聚集以及透水等所导致。其中，巷道围岩控制效果不佳导致巷道变形严重，究其原因在于对巷道破坏规律认识不到位以及支护方案欠佳等[1]。锚杆支护作为一种主动巷道支护手段，由于其成巷速度快、支护成本低被广泛应用。但是，巷道锚杆支护设计过于理论化会导致支护效果无法满足实际生产技术。本文将结合数值仿真模拟的方法对某矿巷道的锚杆支护参数进行优化设计，以达到最佳支护效果。

1 工程概况

某煤矿可开采煤层包括有3号、9号和15号煤层，设计初期的生产能力为30万t/a，本文以3号煤层为例展开研究。3号煤层所属工作面煤层平均厚度为4.36 m，普式硬度为1.2，且工作面煤层倾角较小。经探测，3号煤层所属矿井为低瓦斯矿井。为保证3号煤层工作面巷道围岩控制效果，对其顶底板情况进行研究，具体如表1所示。

表1 3号煤层工作面顶底板情况

经探测可知：3号煤层所属工作面的最大涌水量为320 m3/h。3号煤层工作面所断面形状为梯形，断面上宽度值为2.4 m，下宽度值位3.6 m，巷道高度为2.1 m，在实际掘进工作中发现，巷道掘进至30 m的位置出现较为严重的冒顶、片帮现象的发生。

其中，巷道顶板下沉量较大并处于连接网的位置被撕开，同时工字梁被压弯；而且，随着巷道顶板下沉现象的加剧继而影响巷道掘进的扰动和工作面的回采效率。总的来说，在当前支护方式下3号煤层工作面巷道顶板和两帮被完全破坏。

2 巷道支护参数的优化

3号煤层工作面巷道原采用了喷射混凝土支护、锚杆支护以及锚喷联合支护的手段，但是由于各个支护环节参数设计不合理导致最终对巷道围岩的控制效果不佳[2]。因此，本文结合数值模拟仿真分析的手段着重对锚杆支护和锚喷联合支护的参数进行优化。

2.1 巷道锚杆支护参数的优化

综采工作面巷道支护参数主要包括有锚杆直径、长度以及间排距等。本文采用锚杆正交试验的方式在不同锚杆参数组合下对巷道围岩控制效果（顶板下沉量、底鼓量、巷道左右两帮的移近量等）进行对比分析[3]。结合3号煤层工作面原锚杆支护参数，选择锚杆正交试验的参数如下：锚杆直径为18 mm、20 mm、22 mm、25 mm；锚杆长度为1 800 mm、2 000 mm、2 200 mm、2 400 mm、锚杆间排距为700 mm、800 mm、900 mm、1 000 mm。在此基础上对64种不同的支护效果进行对比分析。经仿真模拟针对下沉量、底鼓量以及两帮移近量为考核指标，并分别得出上述三个指标对应的支护参数，具体如表2所示。

表2 巷道围岩各参数最佳控制效果对应的支护参数mm

而且，经模拟仿真分析可得：锚杆直径为25 mm、锚杆长度为1 800 mm，锚杆间排距为700 mm×700 mm时，对应顶板的下沉量为23.868 mm，底鼓量为25.675 mm，两帮的移近量为52.363 mm。

2.2 巷道锚喷支护参数的优化

所谓锚喷支护指的是锚杆支护与喷射混凝土的联合支护手段，锚喷支护参数的优化思路与锚杆支护参数的优化思路相同。所选择锚喷支护参数中锚杆支护参数如下：锚喷直径为18 mm、20 mm、22 mm、25 mm；锚喷长度为1 800 mm、2 000 mm、2 200 mm、2 400 mm、锚喷间排距为700 mm、800 mm、900 mm、1 000 mm。在此基础上对64种不同的支护效果进行对比分析。经仿真模拟针对下沉量、底鼓量以及两帮移近量为考核指标，并分别得出上述三个指标对应的支护参数，具体如表3所示。