深埋沿空巷道支護參數(shù)設計研究

譚家貴

(華能云南滇東礦業(yè)分公司白龍山煤礦一井工程科，云南省 富源 655508)

1 工程概況

某礦某工作面南起工廣煤柱線及F13-4-1斷層，北至F12-11斷層，上界Ⅳ-Ⅴ線以北為C15-660等高線，Ⅳ-Ⅴ線以南C15-710m等高線，下界為C15-780m等高線；Ⅳ線以南-705m以上C15煤層已回采；Ⅳ線以北-720m以上下伏C13煤層已回采，Ⅳ線以南-720m以上下伏C13煤層正在掘進，其他C13煤層均未回采。

直接頂為泥巖，厚度(2.0～3.0m)，平均厚度2.3m，灰～灰黑色，少量粉砂質，性脆、破碎?；卷敒榉邸毶皫r，厚度(2.0～3.0m)，平均厚度2.5m，灰色～灰白色，裂隙發(fā)育，硬度大。直接底為頁巖、厚度(1.0～3.0m)平均厚度1.5m，灰～淺灰，含較多植物化石碎片，其下為C14煤層。C15煤層總厚0.39～1.31m，平均1.0 m，煤層傾角 19°～22°，平均 20°。C15 煤層賦存不穩(wěn)定，根據(jù)鉆孔勘探資料揭露掘進范圍內C15煤層發(fā)育有兩處薄煤區(qū)。工作面內煤系地層總體為一單斜構造，走向為NW方向，傾向NE方向，平均傾角20°，工作面內地質構造相對簡單，主要以斷層為主，預計揭露斷層有7個，落差0.4～4.0m不等。影響掘進施工的水文地質因素主要是：C15煤層頂板裂隙水、上階段老塘水沿裂隙或斷層帶下滲。工作面地面標高為+19.0～+25.5，根據(jù)本塊段煤層賦存情況，512(5)工作面設計走向長1340m，面長150～195m；上風巷標高-706m，機巷標高-780m，切眼布置在-780m中央石門以南約20m位置，收作線在V-VI線以南約125m位置，C15上風巷設計工程量1430m。工作面巷道布置示意圖如圖1所示。

圖1 工作面布置示意圖

2 支護斷面優(yōu)選的數(shù)值模擬研究

通過FLAC數(shù)值模擬得出結果，見表1。從機巷的三種斷面形狀的模擬結果看，巷道圍巖穩(wěn)定主要是由于圍巖中拉應力的影響，巷道圍巖的垂直應力和水平應力中的拉應力拱形斷面均為最小。從受力方面和圍巖屈服破壞深度考慮，機巷宜采用拱形斷面。

表1 數(shù)值模擬結果

3 巷道支護參數(shù)設計

(1)支護方式

直墻半圓拱斷面支護形式原則上頂幫部采用"錨桿+錨索+鋼帶+金屬網(wǎng)"支護形式。除特殊地段(如斷層、破碎帶等錨、索、網(wǎng)難以支護外)考慮實行補套U型棚進行復合支護外，其支護方式如下：

①頂幫部：錨桿+鋼帶+金屬網(wǎng)＋錨索。

②底板：不支護。

(2)支護參數(shù)

巷道斷面凈寬為5000mm；巷道中高為4000mm(自軌道平面算起)。機巷采用破頂施工，靠工作面?zhèn)菴15煤底板距巷道底板高度為1.2m(自軌道平面算起)。依據(jù)計算結果及支護設計系統(tǒng)推理結果，得到機巷直墻半圓拱斷面的錨桿支護方案及具體支護參數(shù)為：

(1)錨桿

①錨桿采用Φ22×2500mm的20MnSi左旋無縱筋螺紋鋼等強預拉力錨桿，配合鋼帶和10＃鐵絲網(wǎng)聯(lián)合支護，頂幫共布置15根錨桿，弧段的錨桿間排距為800×800mm，直墻部錨桿有兩排錨桿間排距為730×800mm。直墻與半圓拱相搭接處間排距為600×800mm。除兩底角錨桿采用俯斜30°布置外，所有錨桿均垂直于巷道表面布置。

②錨桿均采用加長錨固，所有錨桿安裝的樹脂藥卷為1支K2360和1支Z2380；安裝預緊力矩≮150N·m，預緊力≮50KN，錨固力≮120KN。

(2)錨索

①錨索：錨索規(guī)格為 Φ17.8×6800mm(深入巖體長度為6500mm)，每隔2排錨桿布置2根錨索；錨索安裝位置在距巷道中心線1/8圓弧處(即距中心線弧長1960mm處，即錨索與水平面的仰傾角為45°，如圖所示)，排距為1600mm；與錨索配套的槽鋼長度為300mm，鋼絞線通過16#槽鋼孔錨入圍巖，鋼絞線外端與鎖具直接連接。。

②打完錨桿后，夠打一排錨索時，及時打錨索進行支護，安裝預緊力≮100KN，錨固力≮250KN；鉆孔均要求采用Φ28的雙翼鉆頭打孔。

③錨索每孔安裝的樹脂藥卷為1支K2360和3支Z2380；錨索的錨固長度為3000mm(按保守計算)。

④頂板錨索的長度不宜太長，也不宜過短，力求將頂板的基本頂和基本頂以上的一層粉砂巖錨固在一起，還要防止錨固在粉砂巖上的煤線及泥巖中，因此在掘進期間每隔一定距離補打地質鉆，探明巖性，以利于調整錨索長度，達到最好的錨固效果和良好的經(jīng)濟效益。

(3)鋼帶

頂幫全部采KT-M5型，其中兩根4100mm長的各用于1/4圓弧斷面用，直墻部分采用的KT－M3型鋼帶長為1600mm，在鋼帶的對接部分多沖一個孔，以利于鋼帶對接。

(4)異常地段支護

在斷層破碎帶附近及遇到頂板淋水等地質構造情況，采用錨網(wǎng)索＋U型棚復合支護，根據(jù)地質條件，確定U型棚間距。如果頂板淋水，需采用防水性樹脂藥卷，同時采取噴漿、注漿等措施，以防止圍巖風化和加固煤巖體強度。如遇地質條件稍差，即在兩排錨索的中間檔內補打錨索，與原錨索系統(tǒng)呈"三花"布置，補打的錨索滯后迎頭距離不大于10m為宜。

(5)支護方案示意圖

支護方案及巷道層位示意圖如圖2所示。

圖2 機巷支護方案示意圖

結語

本文在深埋沿空巷道賦存特點基礎上采用數(shù)值模擬研究了巷道斷面，最終提出了適宜的支護方案圖，研究過程和結果為類似條件下巷道開掘及支護提供了有效的參考。

[1]鐘林.煤柱寬度對沿空巷道圍巖影響分析2012.

[2]黨超，王成勝.沿空巷道回采期間變形規(guī)律及控制，2011.