沿空送巷支護技術(shù)優(yōu)化設(shè)計研究

杜賓賓 田 強 劉尚明

（1.山東能源棗礦集團新安煤業(yè)公司，山東 濟寧 277642；2.山東科技大學礦業(yè)與安全工程學院，山東 青島 266590）

新安煤業(yè)公司為提高煤炭資源回收率，3311材料巷采用留設(shè)4m煤柱的沿空送巷技術(shù)。在目前支護方式下，巷道變形明顯，不能有效控制圍巖運動。

1 地質(zhì)概況

3311材料巷掘進工作面長973m，矩形斷面毛寬為4.6m，凈寬為4.4m，巷道毛高為4m，凈高為3.65m。工作面底板標高-547.5～ -606.5m。北為3上煤風氧化帶靠近3上煤露頭，東為3309工作面采空區(qū)，南為33輔助采區(qū)軌道和膠帶下山，西為3311運輸巷及未開采區(qū)。

3煤直接頂為泥巖或砂質(zhì)泥巖，其中泥巖為灰黑色，厚層狀，參差狀斷口，厚度為0.0～2.0m，平均1.2m，巖層堅固性系數(shù)f =4.77。砂質(zhì)泥巖為深灰色，含砂均勻為細粉砂，厚度為1.3～4.5m，平均2.5m。巖層堅固性系數(shù)f =5.9。基本頂為細砂巖，灰色，巨厚層狀，成分以石英，長石為主，次含暗色礦物及炭屑，泥質(zhì)膠結(jié)，厚度為3.4～6.7m，平均5.4m。巖層堅固性系數(shù)f =11.9。

2 巷道原支護方式

頂板采用Ф20×2400mm的高強度螺紋鋼錨桿，每排布置6根錨桿，間排距為900×900mm，其中肩窩的兩根錨桿與水平成75°夾角；巷道兩幫采用Ф20×1800mm的螺紋鋼錨桿，每幫5棵，間排距為900×900mm，頂板下第一棵錨桿距肩窩300mm，其余錨桿間距為900mm，頂板下第一排錨桿仰角15°，最下邊一排錨桿俯角15°；全斷面鋪8#菱形金屬網(wǎng)，規(guī)格：長×寬=5800×900mm；頂板錨桿掛錨梯，長3200mm與2400mm各1根。

頂板每隔2.7m施工一組錨索（QLMK18錨具，長度8.0m的1×7-17.8預應(yīng)力鋼絞線）2根，配套使用300×300×15mm的錨索專用鐵托板。

在巷道施工200m后，依據(jù)理論分析及現(xiàn)場觀測，發(fā)現(xiàn)：

（1） 3311材料巷左側(cè)為3309采空區(qū)，回采完成3個月，上覆巖層仍在運動中；

（2） 留設(shè)煤柱為4m小煤柱，巷道處于“內(nèi)外應(yīng)力場”外應(yīng)力場中，礦山壓力相對減弱；

（3） 巷道左側(cè)小煤柱支撐能力差，局部壓力較大，幫部錨桿盤受力變形反轉(zhuǎn)，并出現(xiàn)錨桿受拉破壞現(xiàn)象；

（4）巷道受力變形明顯，應(yīng)用 “十”字測點觀測巷道變形量，幫部相對位移超過1m，底鼓明顯，頂?shù)装逡平砍^0.8m；

（5）根據(jù)安設(shè)頂板離層儀觀測數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)局部離層已超過50mm；

（6）煤層厚度大，留有1.5m頂煤，必須托頂煤支護。

3 巷道支護優(yōu)化

為了保證巷道頂板的穩(wěn)定性，支護體系應(yīng)滿足下列條件：

（1）安裝應(yīng)力(預應(yīng)力)。錨桿支護必須有充足的安裝應(yīng)力才能夠防止頂板離層和松動圈的進一步發(fā)展，盡可能的控制圍巖的早期變形。（2）錨桿的長度。錨桿的長度應(yīng)保證錨固在松動圈外的穩(wěn)定圍巖中。（3）錨桿的強度。錨桿的強度應(yīng)保證支護系統(tǒng)在巷道使用期間不破壞。（4）有效性。設(shè)計的支護體系必須確保現(xiàn)場施工人員的安全和巷道變形能夠得到有效的控制。（5）高效性。在滿足上述安全有效性和可靠性的前提下，要盡可能增大錨桿間排距，以提高巷道掘進速度。

根據(jù)以上特點，為合理控制巷道圍巖變形，采用提高錨桿預緊力及支護單元承載能力、提高表面支護強度等方法來合理有效地控制巷道，對原有支護方式進行優(yōu)化。

頂板采用Ф20×2400mm的高強度螺紋鋼錨桿，每排布置6根錨桿，間排距為900×900mm，其中肩窩的兩根錨桿與水平成75°夾角；巷道兩幫采用Ф20×2000mm的高強度螺紋鋼錨桿，每幫5棵，間排距為900×900mm，頂板下第一棵錨桿距肩窩300mm，其余錨桿間距為900mm，頂板下第一排錨桿仰角15°，最下邊一排錨桿俯角15°；全斷面鋪8#菱形金屬網(wǎng)，規(guī)格：長×寬=5800×900mm；頂板錨桿掛長4600mm翼型鋼帶1根。

頂板每隔2.7m施工一組錨索（QLMK22錨具，長度8.0m的1×7-21.6預應(yīng)力鋼絞線）3根，配套使用300×300×15mm的錨索專用鐵托板。

為了充分發(fā)揮每根錨桿的作用，正確安裝錨桿對于有效控制頂板，減少錨桿用量，提高掘進速度都是至關(guān)重要的。合格的錨桿安裝應(yīng)該使充填阻尼必須全部脫落，否則錨桿無法達到安裝載荷；塑料墊圈必須溶化并擠出；安裝扭矩頂板不低于200N·m，幫部不低于150N·m。

4 效果

通過優(yōu)化支護方式，有效提高巷道支護強度，有效控制圍巖，使圍巖保持良好的穩(wěn)定性，觀測發(fā)現(xiàn)在優(yōu)化支護方式之后，巷道變形得到有效控制，兩幫相對移近量降至0.4m以內(nèi)；頂?shù)装逡平拷抵?.3m以內(nèi)；頂板離層值低于30mm；錨桿及錨桿盤無受力破壞現(xiàn)象。