回采巷道过断层长短锚索组合优化支护技术研究.pdf

922023 年第 9 期收稿日期 2023-03-06作者简介 何雷雷（1988），男，山西晋城人，2013 年毕业于中国矿业大学（北京）采矿工程专业，本科，助理工程师，现在山西高平科兴云泉煤业有限公司从事煤矿生产技术管理工作。回采巷道过断层长短锚索组合优化支护技术研究何雷雷（山西高平科兴云泉煤业有限公司，山西 高平 048400）摘 要 针对云泉煤业 15102 运输顺槽过断层时围岩破碎、支护困难、巷道变形严重等问题，分析了原支护方案存在的问题，提出了长短锚索组合优化支护方案。现场实测表明：围岩在 20 d 后开始趋于稳定，顶板最大下沉量为 158 mm，底鼓量最大为 92 mm，两帮收缩量最大为 166 mm，分别为原变形量的 21.9、16.4和 25.5，锚索受力稳定且承载能力较强，巷道围岩变形得到了有效控制。关键词 断层；围岩变形；长短锚索；支护中图分类号 TD353 文献标识码 B doi:10.3969/j.issn.1005-2801.2023.09.029Study on Combinatorial Optimization Support Technology of Long and Short Anchor Cables for the Mining Roadway Passing Through the FaultHe Leilei(Shanxi Gaoping Kexing Yunquan Coal Industry Co.,Ltd.,Shanxi Gaoping 048400)Abstract:Aiming at the problems of surrounding rock fragmentation,difficult support and serious roadway deformation when the 15102 transportation channel passes through the fault in Yunquan Coal Industry,the existing problems of the original support scheme are analyzed,and the combinatorial optimization support scheme of long and short anchor cables is proposed.The on-site measurement shows that the surrounding rock begins to stabilize after 20 days,with a maximum subsidence amount of 158 mm for the roof,a maximum heave amount of 92 mm for the bottom,and a maximum shrinkage amount of 166 mm for two sides,which are 21.9%,16.4%,and 25.5%of the original deformation amount,respectively.The anchor cable has stable stress and strong bearing capacity,and the deformation of the roadway surrounding rock is effectively controlled.Key words:fault;surrounding rock deformation;long and short anchor cables;support何雷雷：回采巷道过断层长短锚索组合优化支护技术研究云泉煤业 15102 运输顺槽过断层时原支护方案不能有效控制巷道围岩变形，巷道顶底板及两帮围岩破碎、支护困难。为解决巷道围岩变形量，提出过断层时采用长短锚索组合优化支护方案1-4。全锚索的支护形式在过断层巷道中的有效应用，能够确保煤矿巷道过断层围岩稳定性5-7，创造安全的作业条件。1 概况山西高平科兴云泉煤业有限公司开采的 15 号煤层倾角为27，厚度为2.033.86 m，平均3.22 m，煤层结构相对简单。15102 综采工作面南邻 15 号回风大巷，北邻实体煤，西邻 15116 运输顺槽，东邻实体煤。15102 工作面煤层顶板为厚 6.3312.89 m的石灰岩，抗压强度为 54.6060.57 MPa，底板为厚1.863.93 m 的泥岩，抗压强度 9.3613.00 MPa。15102 工作面运输顺槽设计长度为 1600 m，沿着 15 号煤煤层顶板掘进，掘宽 5000 mm、高 3100 mm。掘进至 1415 m 时揭露落差 1.2 m 的 F4 断层，掘进至 1505 m 时揭露落差 1.9 m 的 F2 断层。运输顺槽在F4、F2断层区域的围岩破碎，巷道变形严重，支护困难。2 巷道原支护方案及围岩变形破坏特征2.1 巷道原支护方案1）顶板支护。巷道顶板锚索采用规格为 17.8 mm6000 mm 钢绞线锚索，每排 2 根布置，距巷帮 1500 mm，间排距 2000 mm2400 mm，预紧力932023 年第 9 期何雷雷：回采巷道过断层长短锚索组合优化支护技术研究 210 kN，配套托盘及锚固剂；锚杆采用规格为22 mm2400 mm 的 MG500 高强度螺纹钢锚杆，间排距为 1000 mm1200 mm，边锚杆距巷帮 500 mm，向巷帮侧倾斜 10布置，每排布置 5 根顶板锚杆。2）两帮支护。巷道两帮每排布置 4 根锚杆，规格为 22 mm2000 mm 的 MG500 高强度螺纹钢锚杆，间排距 900 mm1200 mm，上部锚杆距顶板 150 mm，向上倾斜 10，下部锚杆距底板 250 mm，与巷帮垂直，锚杆的扭矩为 200 Nm。2.2 原支护暴露问题分析在揭露断层前原支护围岩控制效果良好，但当15102 工作面运输顺槽揭露 F4 和 F2 断层时，巷道围岩出现破坏，主要破坏特征如下：1）巷道顶板围岩出现应力集中显现，局部区域破碎，顶板中部有明显下沉，个别锚杆、锚索被剪断，金属网也被破坏，最大变形量为 720 mm。2）巷道两帮出现收敛变形，在揭露断层的第一周，巷道围岩变形速度明显增快，最大移近速率可达 55 mm/d，最大变形量为 650 mm，局部夹有较薄煤层，已出现局部片帮现象。3）巷道底板因淋水后围岩软弱，底板中部变形破坏明显，出现底鼓，向两帮侧开始扩展，最大变形量为 560 mm。3 断层带长短锚索优化支护方案F4、F2 断层带优化后的设计采用长短锚索组合支护方案。顶板采用 6 m、3.5 m 两种锚索，配套使用钢带组合进行支护；帮部采用3.5 m短锚索支护，如图 1、图 2。支护参数如下：1）顶 板 支 护。顶 板 长 锚 索 采 用 规 格 为17.8 mm6000 mm 钢绞线锚索，间排距 2000 mm1200 mm，每排为“212”布置，配套使用托盘及锚固剂，张拉预紧力 300 kN；短锚索每排布置5根，规格为15.24 mm3500 mm钢绞线锚索，间排距 1000 mm1200 mm，配套使用托盘及锚固剂，锚固力 110 kN，单根短锚索预应力不小于120 kN。顶部短锚索搭配钢带规格为长 4900 mm、宽 80 mm、厚 35 mm，孔间距 1000 mm。顶板网片为 6 mm 的钢筋焊接，规格为 2800 mm1400 mm，网孔大小为 100 mm100 mm。2）两帮支护。巷道两帮每排布置 4 根短锚索，规格为 15.24 mm3500 mm 钢绞线锚索，间排距900 mm1200 mm，配套使用托盘及锚固剂，张拉预紧力 250 kN，锚固力 110 kN，单根短锚索预应力不小于 120 kN。两帮搭配帮钢带规格为长 2900 mm、宽 80 mm、厚 35 mm，孔间距为 900 mm。两帮网片采用 12#铁丝编制而成的菱形网，规格为 3000 mm1400 mm，网格大小为 50 mm50 mm。图 1 过断层长短锚索支护断面图（mm）图 2 过断层长短锚索支护平面图（mm）4 支护效果为检验在 15102 工作面运输顺槽过 F4 和 F2 断层带时长短锚索组合优化支护方案后的支护效果，在 1450 m 和 1550 m 各布置 1 个测点来监测巷道围岩顶板下沉、底板底鼓和两帮收缩位移量。2 个测点监测周期都为 60 d，监测频率为 5 d/次。图 3 为测点 1 和测点 2 巷道表面位移监测结果。根据图 3 可知，两测点围岩顶板下沉、底板底鼓和两帮收缩量总体变化趋势基本保持一致。测点1 和测点 2 都是在监测前 20 d 内巷道围岩变形速度增快，到 20 d 后围边变形量开始逐渐趋于稳定，顶板最大下沉量为 158 mm，底板底鼓量最大为 92 mm，两帮收缩量最大为 166 mm，顶板、底板及两帮围岩变形量分别为原变形量的 21.9%、16.4%和25.5%。942023 年第 9 期（a）监测点 1 （b）监测点 2图 3 巷道表面位移监测结果（a）测站 1（b）测站 2图 4 锚索受力监测结果结合井下现场观测的顶板离层监测与锚索载荷监测数据表明，运输顺槽顶板离层量为 01 mm，锚索载荷监测结果如图 4。从图 4 锚索载荷监测结果可以看出：测站 1 和测站 2 顶板和两帮锚索受力趋势为观测前期增长幅度大，观测中期锚索受力开始呈下降趋势，观测中期往后锚索受力开始趋于稳定并且有小幅度波动。顶板锚索在观测的 16 d 内锚索受力增长速度急剧，最大 300 kN，在观测的712 d 内锚索受力开始逐渐减少，在 1329 d 内锚索受力逐渐稳定，锚索受力值稳定在 285 kN 且有小幅度波动。但是，两帮上部和下部锚索的受力值相差明显，两帮上部锚索最大受力值为 142 kN，在观测的 12 d 后开始逐渐趋于稳定，两帮上部锚索受力稳定在 120 kN；两帮下部锚索受力变化趋势大致和上部锚索相同，两帮下部锚索最大受力值为 310 kN，在观测的 13 d 后开始逐渐趋于稳定，两帮下部锚索受力稳定在 275 kN。分析原因，由于 15102工作面运输顺槽沿 15 号煤煤层顶板掘进，巷道直接底为煤体，煤体受力后变形量远大于顶板岩层变形量，因此下部锚索受力大于上部锚索受力值。通过图 4 测站 1 和测站 2 数据可以看出，锚索受力稳定且承载能力还有较大富余。由此可见，15102 工作面运输顺槽采用长短锚索组合优化支护方案效果较好。5 结论 过断层时采用长短锚索组合优化支护方案，增强了 15102 工作面运输顺槽巷道围岩的整体性。通过现场支护效果监测可知，顶板、底板及两帮围岩变形量分别为原变形量的 21.9%、16.4%和 25.5%。结合顶板离层仪和顶板两帮的锚索受力值可知，优化支护方案能够有效控制巷道围岩变形量，锚索受力良好且有富余，效果明显。【参考文献】1 郝世维.18502 工作面辅运巷过断层构造带巷道支护技术应用 J.山东煤炭科技，2022，40（09）：18-20.2 崔魏，崔峰.考虑蠕变影响的近断层软岩巷道变形破坏特征与支护对策 J.煤矿安全，2021，52（11）：217-225.3 王巍.煤矿近断层巷道支护方式研究 J.煤，2018，27（06）：7-9.4 陈光辉，李夕兵，ZHANG Ping，等.考虑断层滑移应力波辐射特征的巷道支护参数优化研究J.采矿与安全工程学报，2017，34（04）：715-722.5 王来河，尹增德，柳岩妮.孤岛工作面开采过断层巷道支护技术研究 J.煤炭技术，2016，35（07）：81-83.6 钱学森.近断层采动影响下巷道支护技术 J.煤矿安全，2015，46（12）：84-87.7 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