無煤柱開采掘進(jìn)期間加強(qiáng)巷道支護(hù)探討

李 毅

(汾西礦業(yè)集團(tuán)交城煤礦管理分公司, 山西 交城 030501)

1 工作面掘進(jìn)期間巷道支護(hù)參數(shù)的確定

無煤柱開采沿空留巷還要保持到下一個(gè)工作面回采使用，所留巷道要經(jīng)過兩次采動(dòng)影響和集中地應(yīng)力的破壞。為了在采煤期間避免采動(dòng)影響給采煤巷道造成變形嚴(yán)重的現(xiàn)象，保證沿空留巷充填墻體順利進(jìn)行，在掘進(jìn)期間高密度的錨索、錨桿聯(lián)合支護(hù)和留巷前采動(dòng)過程中再補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)是Y型通風(fēng)無煤柱開采得以實(shí)現(xiàn)的重要保證。我們結(jié)合礦井鄰近采區(qū)2#下煤層回采巷道的礦壓觀測數(shù)據(jù)及巷道支護(hù)經(jīng)驗(yàn)，采用工程類比法進(jìn)行該巷道的支護(hù)設(shè)計(jì)，確定出了在Y型通風(fēng)無煤柱開采掘進(jìn)期間巷道支護(hù)參數(shù)(圖1)。掘進(jìn)期間巷道一次支護(hù)采用錨桿+W鋼帶+鋼塑復(fù)合網(wǎng)+錨索聯(lián)合支護(hù)方式，兩幫均采用錨桿+鋼筋托梁+鋼塑復(fù)合網(wǎng)+錨索聯(lián)合支護(hù)。在沿空留巷前受采動(dòng)影響后我們還將進(jìn)行二次加強(qiáng)支護(hù)。根據(jù)巷道斷面和我礦地壓觀察數(shù)據(jù)，應(yīng)用類比法確定了無煤柱開采掘進(jìn)期間一次高密度大直徑錨索，錨桿聯(lián)合支護(hù)參數(shù)，并在我礦取得了成功。下面是無煤柱開采掘進(jìn)期間一次支護(hù)參數(shù)。

巷道支護(hù)參數(shù)及支護(hù)材料規(guī)格為：

1)錨桿：頂錨桿、角錨桿和幫錨桿均采用Φ20mm×2200mm的左旋螺紋鋼錨桿。

圖1 運(yùn)輸巷掘進(jìn)期間支護(hù)參數(shù)示意圖

2)錨固劑：頂(角)錨桿安裝兩支錨固劑，即K2355型一支、Z2355型一支，其中K2355型在上、Z2355型在下；幫錨桿安裝一支K2355和一支Z2355型錨固劑；錨索安裝三支錨固劑，其中一支K2355型在上、兩支Z2355型在下。

3)鋼筋托梁：巷道兩幫均采用Φ14mm的圓鋼制作的鋼筋托梁，其規(guī)格為Φ14mm×1800mm，其上有預(yù)留孔。

4)W鋼帶：采用W-280-3-4900型，用厚3mm的鋼板滾壓而成，寬度280mm，長度4900mm，其上有預(yù)留孔。

5)頂錨桿間排距：設(shè)計(jì)間排距為790mm×800mm，錨桿呈矩形布置。

6)頂錨索間排距：錨索間排距：采用“五花”布置，即隔一排打三根再隔一排打四根，三根錨索布置間距為1300mm，距兩幫各為1200mm，排距為3200mm，四根錨索布置間距為1000mm，距兩幫各為1000mm，排距為3200mm；錨索采用Φ21.6mm的鋼絞線錨索，長度為7000mm。

7)幫錨桿：設(shè)計(jì)間排距為800mm×800mm，呈矩形布置，每排3根，第一根幫錨桿距頂板300mm，第二根距第一根800mm布置，第三根距第二根800mm布置，幫錨桿均配合Φ14mm×2600mm鋼筋托梁施工。幫上的第二、三根幫錨桿用Φ14mm×1800mm鋼筋托梁橫拉進(jìn)行支護(hù)，鋼筋托梁與頂板平行布置。

8)錨固力：頂錨桿的設(shè)計(jì)錨固力110kN，預(yù)緊扭矩不小于140N·m；幫錨桿的設(shè)計(jì)錨固力70kN，預(yù)緊扭矩不小于100N·m；頂錨索張拉力為150kN，錨索機(jī)壓力表讀數(shù)不小于30MPa。

9)錨桿角度：角錨桿與巷道輪廓線呈75°角布置，其余錨桿垂直于巷道輪廓線布置，角錨桿必須使用斜托餅。

10)鋪網(wǎng)：頂板鋪設(shè)鋼塑復(fù)合網(wǎng)，其規(guī)格為5200mm×1000mm，兩幫為2500mm×1000mm，鋼塑復(fù)合網(wǎng)貼頂貼幫對稱下垂，幫錨桿必須壓在鋼塑復(fù)合網(wǎng)上面。鋼塑復(fù)合網(wǎng)，其網(wǎng)孔規(guī)格為53mm×53mm，要求網(wǎng)與網(wǎng)搭接寬度不小于100mm，聯(lián)網(wǎng)絲采用16#鉛絲剪成長400mm的小段，雙股對折且扭結(jié)圈數(shù)不小于3圈，聯(lián)網(wǎng)聯(lián)緊，環(huán)距不大于200mm。

11)錨桿托盤采用拱型高強(qiáng)度托盤，托盤規(guī)格為厚度δ=10mm，Φ=120mm；錨索鋼板采用δ=16mm的鋼板制作，錨索孔Φ=23mm，鋼板規(guī)格δ16mm×300mm×300mm。

具體支護(hù)參數(shù)見圖表1。

表1 支護(hù)材料規(guī)格及消耗表

通過錨索、錨桿高密加固支護(hù)技術(shù)在我礦1205的實(shí)踐應(yīng)用，從觀察到的頂板下沉量和底臌量都不明顯，相比傳統(tǒng)的巷道，變形量只是傳統(tǒng)變形量的百分之十五。由于變形量減少了百分之八十五，巷道的起底和維修量減少了百分之八十五以上，為沿空留巷充填墻工作創(chuàng)造了良好的空間環(huán)境和充足的時(shí)間?？梢?，Y型通風(fēng)無煤柱開采掘進(jìn)期間一次巷道支護(hù)取得了良好的效果，為下一步的充填墻體沿空留巷奠定了良好的基礎(chǔ)。

2 留巷前巷道二次加固方案及參數(shù)

雖然沿空留掘進(jìn)期間應(yīng)用了錨索、錨桿高密大直徑錨索聯(lián)合支護(hù)，但為防止采動(dòng)影響造成巷道變形，所以在采動(dòng)范圍內(nèi)我們還要對巷道進(jìn)行預(yù)先加固。下面是巷道加固支護(hù)參數(shù)的確定。

2.1 頂板加固

將目前頂板“4-0-3-0”的錨索支護(hù)形式加強(qiáng)為“4-3-3-3”的支護(hù)形式(圖2)，即每兩排錨索中間補(bǔ)充施工一排錨索梁。錨索規(guī)格為Φ21.6mm×7000mm，配合20#槽鋼并壓大托盤施工。20#槽鋼長度為3400mm，布置三孔，孔中心距1500mm。錨索間距1500mm，排距1600mm。垂直頂板鉆眼，眼孔深度6700mm，每孔采用一節(jié)K2355、兩節(jié)Z2355樹脂藥卷加長錨固。錨索預(yù)緊力不低于90kN，錨固力不低于200kN。

注：圖中虛線部分為掘進(jìn)期間支護(hù)形式圖2 運(yùn)輸巷加強(qiáng)支護(hù)示意圖

2.2 工作面?zhèn)葞筒考庸?/h3>

工作面?zhèn)葞筒烤嗟装?00mm斜向下20°施工一根單體錨桿，如圖2所示，配合150mm×150mm×10mm拱形可調(diào)心托盤，錨桿規(guī)格為M22-Ф20-2200mm，采用2節(jié)Z2355型樹脂藥卷加長錨固，錨桿預(yù)緊扭矩不低于300N·m。

2.3 實(shí)體煤幫加固

實(shí)體煤幫與頂板同為留巷加固的重點(diǎn)，提高實(shí)體煤幫的承載能力，減少圍巖松散變形，對提高巷道的整體穩(wěn)定性起到重要的作用。由于巷道掘進(jìn)期間，實(shí)體煤幫的底角空幫距過大，首先須補(bǔ)充施工錨桿，然后采用走向錨索梁支護(hù)形式對幫部煤體進(jìn)一步加(圖3)。

1)距底板200mm處，采用走向錨帶支護(hù)。錨桿排距800mm，左旋螺紋鋼錨桿規(guī)格為M22-Ф20-2200mm，每根采用2節(jié)Z2355型樹脂藥卷加長錨固，錨桿預(yù)緊扭矩不低于300N·m。

2)加強(qiáng)支護(hù)采用走向錨索梁，每4排布置2套錨索梁，分別距頂?shù)装?00mm和1100mm。鋼絞線規(guī)格為Φ21.6mm×5300mm，2.0m輕型20#槽鋼眼孔間距為1600mm。垂直巷幫鉆眼，眼孔深度5.0m，每孔采用一節(jié)K2355、二節(jié)Z2355型樹脂藥卷加長錨固。錨索預(yù)緊力90kN，錨固力不低于200kN。

留巷前二次加強(qiáng)支護(hù)技術(shù)應(yīng)用后，沿空所留巷道，在工作面采完后，最大變形量保持在了百分之三十以內(nèi)，平均平形量未超百分之二十，取得了意想不到的效果。巷道基本小修小補(bǔ)就可以直接被下個(gè)工作面繼續(xù)使用。維修巷道時(shí)間的大量縮短，為回采工作面的準(zhǔn)備和瓦斯治理贏得了大量保貴的時(shí)間，使趨于緊張的采掘銜接變得緩和下來。

圖3 實(shí)體煤幫加固示意圖

3 效果顯現(xiàn)

通過對對沿空留掘進(jìn)期間應(yīng)用了高密大直徑錨索、錨桿聯(lián)合支護(hù)和留巷前補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)后，使得我們?nèi)〉昧艘惶仔兄行У母咝Ч?jié)能的采煤方法，為以后的采掘布署和瓦斯治理得到了重要的技術(shù)參數(shù)和經(jīng)驗(yàn)，為降低成本節(jié)約能源尋找到了一條珍貴的途徑。使得巷道的最大變形量小于百分之

三十，平均變形量不及百分之二十。所留巷道頂板完好，底臌比原尾巷減少，巷道維修量減少百分之八十。無煤柱開采少掘了一條掘進(jìn)巷道和500m聯(lián)巷，一個(gè)工作面節(jié)約成本近百分之五十。采煤工作面的回收率由百分之八十五提高到了百分之百，對節(jié)能減排和環(huán)保工作的貢獻(xiàn)也是突出的。Y型通風(fēng)無煤柱開采掘進(jìn)期間巷道支護(hù)的成功應(yīng)用解決了在較軟圍巖中沿空留巷掘進(jìn)期間支護(hù)的難題，我礦Y型通風(fēng)無煤柱開采掘進(jìn)巷道處在3#中，頂板為較碎軟的沙巖，兩幫是松軟的煤體，底板為1.2m的沙質(zhì)泥巖，再往下是1.2m厚的5#煤，巷道頂板下沉、底臌的重要原因就是圍巖相對松軟，兩幫和頂、底板易變型，加劇了底臌的不斷積累，如果果同時(shí)能把兩幫和頂、底板鋼性化一定程度，在相對的時(shí)間就會(huì)大幅度減少巷道斷面的變形，而大直徑錨索、錨桿高密加固支護(hù)正好應(yīng)用了這個(gè)原理，使得巷道周邊圍巖鋼性化了一定程度，而不易變型，所以至支護(hù)到沿空留巷充填墻時(shí)巷道基本底臌、下沉達(dá)不到百分之十，到最終沿空留巷充填墻體后，累計(jì)底臌、下沉總量平均也超不過百分之二十。Y型通風(fēng)無煤柱開采掘進(jìn)期間巷道支護(hù)技術(shù)使得巷道周邊圍巖鋼性化了一定程度，而接著鋼性的沿空充填墻體的底面和頂面的反作用力更加有力地對抗著頂、底板的變形，有效地扼制了頂板下沉、底板臌起。所以錨索、錨桿高密加固支護(hù)解決了Y型通風(fēng)無煤柱開采掘進(jìn)期間軟巖支護(hù)的難題。