童亭煤矿S1073工作面位于S107采区浅部，上部为已回采结束的S1071工作面，下部为已回采结束的S1077工作面，左至CF8-1∠60～70°H=5～15m断层保护煤柱，右至S107集中巷保护煤柱。

 

　　2参数优化途径

 

　　沿空掘巷锚杆支护参数的优化，不是只从单纯的支护参数来考虑，而是从回采巷道的布置以及现场应用信息反馈等方面整体考虑。

 

　　2.1S1073机巷掘进的时间优化

 

　　S1073机巷掘进时间优化即寻找巷道掘进的最佳时间，在上区段工作面推进过程中，顶板运动的发展过程分两个阶段，显著运动阶段和相对稳定阶段。在显著运动阶段，上覆岩层支承压力不断发展变化，造成采空区侧煤体支承压力的变化，煤体产生较大变形，如果在显著运动阶段掘进巷道，则巷道容易产生变形破坏，不利于巷道维护。当上区段采场老顶触矸后，顶板运动处于相对稳定阶段，支承压力已经重新分布，煤体变形基本稳定，此时掘进巷道，则巷道不易变形破坏，易于维护。因此，上区段采场老顶触矸后顶板运动的相对稳定阶段为沿空掘巷的最佳时间。

 

　　2.2S1073机巷掘进位置优化

 

　　根据采场周边支承应力分布，可能的巷道掘进位置有三种：在应力降低区中的沿空掘巷；在应力升高区中的煤柱掘巷；在原岩应力区的大煤柱护巷。首先在应力升高区掘进巷道后，巷道围岩由三向受压状态变成单向受压状态，由于正处在应力升高区，巷道围岩必然要发生塑性破坏，产生较大变形。当受本工作面采动影响时，由于应力叠加，巷道难以维护；在原岩应力区掘进巷道，虽然巷道比较容易维护，但煤柱损失比较大，不符合充分利用和节约煤炭资源的原则，故这两种位置都不可取。由于应力降低区的煤体已发生塑性变形，处于卸压状态，因此在应力降低区中掘巷不会引起支承压力分布和煤体力学状态的明显变化，易于维护。在应力降低区中沿空掘巷分为完全沿空掘巷和小煤柱护巷两种。完全沿空掘巷虽然能充分开采煤炭资源，但存在巷道漏风、采空区积水等不利因素。因此沿空掘巷的最佳位置应为留小煤柱护巷，最佳煤柱尺寸应是在煤柱不发生贯通裂隙向采空区漏风，诱发自燃的条件下，最小的煤柱尺寸。

 

　　2.3S1073机巷断面形式优化

 

　　机巷的断面形式包括断面形状和断面尺寸，从受力角度考虑，拱形断面优于梯形和矩形断面。但由于回采巷道，根据地质资料分析存在许多小断层，如果采用拱形断面，很多情况下需要破顶，增加掘进工程量和运矸量，更主要的是拱形断面不利于回采工作面端头支护，阻碍工作面快速推进。因此回采巷道一般设计为矩形或梯形断面。

 

　　2.4S1073机巷支护参数优化

 

　　支护参数选择的合理与否对支护效果及经济效益有明显影响。参数选择不当就可能造成浪费，或导致支护失败，目前很多矿区的锚杆支护参数设计都是根据经验或采用工程类比确定的，且设计一成不变，其实，沿空巷道支护参数的设计是一个动态过程，它要充分利用每个过程提供的信息。先根据沿空巷道围岩的锚固机理，针对巷道围岩破坏的力学机制，采用数值模拟、解析法和经验法相结合的方法进行初始设计，提出合理的锚杆直径、锚杆长度、支护密度、安装角度、组合构件的形式和强度等支护参数。然后将初始设计实施于井下，并进行详细的围岩位移和锚杆受力监测，根据反馈信息验证或修正初始设计。

 

 

　　3.1地质条件

 

　　S1073机巷沿10煤层走向水平布置，上部为已采过的S1071采空区，巷道埋深约为300m。煤层平均厚度为3.6m，煤层倾角为5°～16°，平均9°左右。煤层直接顶为细砂岩，厚度约5.0m；直接底为粉砂岩、细砂岩，厚度约9.0m。

 

　　3.2S1073机巷参数优化

 

　　3.2.1掘进时间优化

 

　　S1073机巷掘进时S1071采面已回采过近两年，已基本稳沉，因此上区段采场老顶已基本稳定，巷道开始掘进不会受上区段采场支承压力变化的影响。

 

　　3.2.2掘进位置优化

 

　　根据围岩力学参数和原岩应力分布及在现场压力实测结果，煤柱最佳尺寸为2.5m时应力最小，为了防止锚杆安设在破碎围岩中，使锚杆锚固力减弱，设计煤柱尺寸加宽到3m。

 

　　3.2.3断面优化

 

　　综合考虑通风、综采支架运输的需要及现场施工的难易程度，S1073机巷断面设计为矩形断面，净宽4.0m，净中高2.8m。

 

　　3.2.4支护参数优化

 

　　根据巷道地质和生产条件，建立围岩的力学模型，进行数值模拟，得出不同锚杆直径和长度、支护密度的支护方案，并分析锚杆直径和长度、支护密度等参数对支护效果的影响。最后确定S1073机巷顶板打5根φ22-L2400mm高强锚杆，在巷道顶板每隔2排钢带中间补打2根φ17.8-7300mm锚索。

 

　　3.2.5参数监测

 

　　为了检验支护效果，巷道掘进30m后安设第一个观测站，巷道每掘进30～50m后再安设下一个观测站，在掘进期间分别对顶板离层、巷道表面位移和锚杆受力进行监测。顶板离层采用顶板离层指示仪进行监测，其中深基点观测深度为6m，浅基点观测深度为4m；顶板压力观测采用液压枕。顶板离层在掘进30m后趋于稳定，根据离层仪数据观测发现，离层量都很小，液压枕读数变化也很小，这说明优化后的锚固参数有效地控制了顶板的离层，并发挥岩石的自身承载能力，防止了离层往深部扩展。巷道围岩表面位移采用十字布点法观测，每隔30～50m设一组布点，顶板最大下沉量为30mm，两帮最大移近量为40mm，其中小煤柱侧煤帮移近量为20mm。

 

　　从以上数据可以看出，两帮移近量较大，并且采空区侧煤帮的移近量明显大于实体煤侧。顶板下沉量相对较小，并且在3～5天后即趋于稳定。从总的支护效果看，巷道支护状况良好，围岩的变形得到有效的控制。锚杆受力通过安设测力锚杆进行监测。通过观测数据可以看出，顶板锚杆受力较大，且在离孔口0.9～1.2m处达到最大，说明顶板在此处有离层破坏的趋势，这与顶板离层观测结果也是相符的。两帮锚杆受力是工作面侧大于采空区侧，主要是由于留设的小煤柱使开采应力集中向远处移动。造成煤体内部应力较大的原因。从整个巷道锚杆的受力情况来看，绝大部分锚杆受力在其屈服载荷以下，没有出现锚杆因受力过大而被拉断的现象，说明锚杆的设计选型是科学的，合理的。

 

　　从分析结果来看。顶板离层量、巷道表面位移量及锚杆锚受力都在设计要求的范围之内，并有效地控制了顶板下沉和两帮位移，保证了巷道的安全状态，说明优化的支护参数是合理的、可靠的。

 

　　（1）沿空掘巷锚杆支护参数的优化要先进行过程优化，从巷道的布置设计、支护参数设计及信息反馈等方面综合考虑，找到最佳的过程，再对最佳的过程中具体的支护参数运用科学的设计方法进行设计。

 

　　（2）顶板的运动发展阶段直接影响掘巷时间的选择。在顶板运动的相对稳定阶段掘巷不受上区段工作面的采动影响，是最佳的掘巷时间。

 

　　（3）同架棚支护形式相比，锚网支护具有良好的可缩性，更适用于沿空巷道等大变形巷道。

 

　　（4）采用锚网支护大大减少了金属支架的搬运量，更为重要的是在工作面回采过程中，简化工作面上下端头的超前维护，有利于工作面的高效、快速推进及“双高”矿井建设。

 

　　（5）实际应用表明，经过优化的沿空掘巷锚杆支护参数不仅提高了巷道支护效果，保证了巷道安全，而且节约了支护成本。