张延刚

(山西霍宝干河煤矿有限公司 山西 霍州 031400)

干河矿1-209A2巷工作面作为深部大断面邻空动压巷道，掘进速度慢、围岩变形大、支护成本高，严重影响了1-209A工作面安全高效开采。地应力和围岩强度测试结果是指导此类巷道支护方案制定和参数选取的重要依据[1-3]。本文基于干河矿1-209A工作面实际生产地质条件，在相邻2-1002巷内布置测站，对干河矿现开采区域地应力大小、方位以及围岩强度进行测试的基础上，提出适合深部大断面高动压巷道的高预应力树脂加长锚固锚网索联合支护系统，成功解决了1-209A2巷工作面支护难题，为类似工程条件巷道支护提供了一定借鉴。

1 工程概况

干河矿1-209A工作面为1号煤层首采工作面，平均埋深为500 m。1-209A工作面回采巷道掘进时初期揭露1号煤，煤层平均厚度1.7 m，煤层倾角2～8°，平均倾角4°，巷道沿煤层底板破顶掘进，煤层结构相对简单，煤层无夹矸。1-209A工作面回采巷道掘进中后期揭露1号和2号煤合并层，称2号煤，煤层平均厚度3.8 m，中间含夹矸0.4 m左右，煤层平均倾角为4°。1-2092巷工作面掘进断面为：宽×高=5.0 m×3.8 m。1-209A工作面北东端为1-209B工作面，西南端为一采区回风巷，西北侧为实体煤，南东侧为2-100采空区，1-209A工作面布置及顶底板情况分别如表1和图1所示。

2 巷道围岩地质力学测试

2.1 地应力测试

在相邻2-1002巷内布置测站，掌握了干河矿现开采区域地应力大小和方位，由于测站距1-209A工作面较近，故地应力测试结果对1-209A工作面巷道支护设计提供数据参考。2-1002巷围岩地应力测量结果如表2所示。

表1 1-209A工作面顶底板情况

表2 地应力测量结果

根据表2数据并结合相关地质资料综合分析可知，1-209A工作面附近最大水平主应力为16.18 MPa，垂直主应力11 MPa，为中等地应力场，巷道支护存在一定难度；且最大水平主应力和最小水平主应力差值较大，巷道变形有明显方向性。根据地应力巷道布置理论，最大水平主应力的方向是指导掘进巷道布置方向的主要理论依据[2]。对于σH>σV>σh型应力场，巷道最佳布置形式巷道轴向与最大主应力的方向呈一定夹角，夹角大小与主应力大小有关，1-209A工作面最优巷道轴向与最大水平主应力的夹角(α0)可用式(1)计算[3]：

(1)

式中：σH为最大水平主应力，16.18 MPa；σh为最小水平主应力，8.38 MPa；σV为垂直应力，11 MPa。通过计算可知α0=35.42°。巷道轴向为北偏东60°，与最大水平主应力方向夹角为58.3°，与最佳布置方位相差23°，巷道变形受到最大水平主应力方向的影响。

2.2 围岩强度测试

围岩强度测试结果可对巷道顶板岩层的稳定程度进行判断[4]，为1-209A工作面巷道支护形式和参数提供理论依据。因此，在地应力测孔和两帮施工水平钻孔中利用WQCZ-56型围岩强度测试装置分别对2-1002巷顶板和帮部10 m范围内的煤岩体进行了原位强度测试，测试结果如图2所示。

图2 2-1002巷顶板岩体强度测试结果

结合相关地质资料，由图2(a)可知巷道顶板以上0～5 m范围为细粒砂岩，岩层强度为40～80 MPa，平均值为57.32 MPa；5.0～10 m范围为粉砂岩，岩层强度为25～50 MPa，平均值为37.45 MPa。由图2(b)可知，测试区域煤体平均强度为14.54 MPa。由此可知，巷道顶板0～5.0 m范围内围岩强度相对较高，5～10 m范围内围岩强度较低。从2-100工作面已掘的两巷来看，在采动影响下，顶板松软破碎，成形较差，两帮同样松软破碎，部分巷帮网包严重；且1-209A2巷工作面需服务1-209A和1-209B两个工作面，服务年限较长，应充分考虑岩层风化对支护的影响。

3 巷道支护设计及效果分析

3.1 巷道支护设计

基于相邻工作面已掘巷道支护状况和矿压显现情况，结合地质力学测试结果和1-209A工作面基本地质资料，提出采用树脂加长锚固锚网索联合支护系统对1-209A工作面2巷进行支护，巷道支护断面如图3所示，具体如下：

图3 巷道支护断面(mm)

3.1.1 顶板支护

锚杆为D22 mm×2 500 mm的左旋无纵筋螺纹钢锚杆，沿顶板法线方向布置，间排为900 mm×900 mm，每排6根锚杆，锚杆预紧扭矩不低于400 N·m。采用规格为K2340和Z2360的低粘度树脂锚固剂各1支进行加长锚固，锚固长度为1 272 mm。托板规格为150 mm×150 mm×8 mm的拱型高强度托盘，力学性能与杆体相匹配，配调心球垫和减摩垫圈[6]。W钢护板规格为4 mm×280 mm×450 mm(厚×宽×长)。采用10号铁丝编织的菱形金属网护顶，网孔规格为50 mm×50 mm，网片规格为5 200 mm×1 000 mm。锚索为D21.6 mm×8 300 mm的1×7股高强度低松弛预应力钢绞线，间排距为2 000 mm×1 800 mm，锚索预紧力为150～200 kN，采用两支K2340和两支Z2360树脂锚固剂加长锚固，锚固长度4 153 mm，配合300 mm×300 mm×14 mm拱形高强锚索托板和调心球垫。

3.1.2 巷帮支护

锚杆为D22 mm×2 500 mm的左旋无纵筋螺纹钢锚杆，垂直巷帮布置，间排为1 000 mm×900 mm，每排4根锚杆，锚杆预紧扭矩不低于400 N·m。采用规格为K2340和Z2360的低粘度树脂锚固剂各1支进行加长锚固，锚固长度为1 272 mm(采用加长锚固，1支锚固剂为端锚)。托板规格为150 mm×150 mm×8 mm的拱型高强度托盘，力学性能与杆体相匹配，配调心球垫和减摩垫圈。W钢护板规格为4 mm×280 mm×450 mm(厚×宽×长)。采用10号铁丝编织的菱形金属网护顶，网孔规格为50 mm×50 mm，网片规格为3 800 mm×1 000 mm。

3.2 支护效果分析

为了掌握巷道围岩变形情况，采用十字布点法在1-209A2巷工作面内安设测站，对工作面推进200 m范围内的巷道表面位移进行监测，根据所监测得数据对支护效果进行分析，监测结果如图4所示。

由图4可知，巷道两帮和顶底板位移量随工作面推进呈现出先快速增长，再缓慢增长，后趋于稳定的变化趋势。在工作面推进45 m范围内，巷道两帮和顶底板位移量增长速度较快；在工作面推进45～150 m范围时，巷道两帮和顶底板位移量增长速度逐渐变慢，最终在工作面推进至150 m以外时趋于稳定。巷道两帮和顶底板位移量最大值分别为92.47 mm和259.96 mm；由此可见，所采用的支护方案有效控制了2-109A2巷工作面围岩变形，巷道支护效果显著。

4 结 语

1) 地应力测试结果表明：1-209A工作面最大水平主应力为16.18 MPa，垂直主应力11 MPa，为中等地应力场；最优巷道轴向与最大水平主应力夹角35.42°，而巷道轴向为北偏东60°，与最佳布置方位相差23°，巷道变形受最大水平主应力影响。

2) 围岩强度测试结果表明：巷道顶板0～5 m范围内围岩强度相对较高，5～10 m范围内围岩强度较低。在采动影响下，顶板和两帮围岩松软破碎，成形较差，巷道服务年限较长，应充分考虑岩层风化对支护的影响。

3) 提出采用高预应力树脂加长锚固锚网索联合支护系统，现场实测结果表明：支护后巷道两帮和顶底板位移量最大值分别为92.47 mm和259.96 mm，巷道围岩控制效果显著。