綜放工作面回風(fēng)順槽受二次采動(dòng)影響支護(hù)技術(shù)

王軍偉

（山西陽泉煤業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司 五礦，山西 陽泉 045209）

1 工程概況

山西陽泉煤業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司五礦井田面積為6.5027 km2，采用主斜井、副立井綜合開拓，生產(chǎn)規(guī)模為0.9 Mt/a，屬低瓦斯礦井。井田地質(zhì)構(gòu)造簡單，總體為一走向近南北、傾向西的單斜，地層傾角2°～11°。井田內(nèi)共含3層主要可采煤層，分別為3上、3下、15-3號(hào)煤層，其中3#煤層已采空，2009年兼并重組整合后，礦井主要進(jìn)行了15-3號(hào)煤層的回采，15-3號(hào)煤層屬于自燃煤層，煤塵有爆炸危險(xiǎn)性。

礦井劃分為一個(gè)水平，標(biāo)高為+800 m；15-3號(hào)煤層劃分為兩個(gè)采區(qū)，采煤方法為長壁式開采，回采工藝為綜采一次采全高，全部垮落法管理頂板。

15-3號(hào)煤層位于太原組下段中部，上距3下號(hào)煤層平均104.55 m，下距K1砂巖頂9.23 m，為全區(qū)穩(wěn)定可采煤層。煤層厚度2.65～3.98 m，平均厚度為3.46 m。煤層結(jié)構(gòu)簡單，一般含1～2層夾矸。

15-3號(hào)煤層的頂?shù)装鍨槟鄮r、砂質(zhì)泥巖。泥巖抗壓強(qiáng)度為21.2～26.8 MPa，平均為23.6 MPa，抗拉強(qiáng)度為0.5～0.8 MPa，平均為0.65 MPa，屬較軟巖石；砂質(zhì)泥巖抗壓強(qiáng)度為32.8～36.8 MPa，平均為35.3 MPa，抗拉強(qiáng)度為1.0～1.5 MPa，平均為1.25 MPa，屬中硬巖石。

2 礦井采掘情況與采動(dòng)巷道圍巖變形情況

礦井以兩個(gè)工作面達(dá)產(chǎn)，分別為15113和15112工作面；現(xiàn)有四個(gè)掘進(jìn)工作面，分別為15115工作面運(yùn)輸和回風(fēng)順槽以及15114工作面運(yùn)輸和回風(fēng)順槽（見圖1）。由于礦井接替的原因，15115和15114工作面回風(fēng)順槽都不可避免的受到上一個(gè)工作面和自身工作面兩次采動(dòng)影響，因此，巷道變形較為明顯，特別是礦井西翼工作面，采用的工字鋼支護(hù)均會(huì)在鄰近工作面回采過程中就出現(xiàn)頂梁彎曲、兩棚腿內(nèi)移變形現(xiàn)象，嚴(yán)重威脅這礦井的安全生產(chǎn)。

為保證15號(hào)煤開采煤層巷道的安全使用和工作面的安全開采，對受二次采動(dòng)影響回風(fēng)順槽巷道的支護(hù)方式進(jìn)行合理確定和巷道支護(hù)參數(shù)進(jìn)行專門設(shè)計(jì)，確保井下巷道的安全使用和工作面的安全開采[1]。

圖1 工作面回風(fēng)順槽與周圍巷道相對位置關(guān)系

3 回風(fēng)順槽錨桿、錨索支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)

西翼回風(fēng)順槽毛寬3500mm，毛高3000mm，回風(fēng)順槽錨桿、錨索支護(hù)見圖2。在圍巖破碎嚴(yán)重段采用U型鋼支架+錨網(wǎng)索組合支護(hù)。

頂板布置5根錨桿，間距800mm；兩幫各布置4根錨桿，間距為850mm，錨桿排距參照間距確定為1000mm。因受鄰近工作面二次采動(dòng)影響回風(fēng)順槽巷道兩幫變形嚴(yán)重，圍巖破碎，巷道頂板也出現(xiàn)下沉，在支護(hù)設(shè)計(jì)中頂板錨桿角度：兩頂角處錨桿分別向外傾斜10°，其余錨桿均垂直頂板布置來控制頂板兩邊角下沉量，兩幫錨桿角度：布置時(shí)頂角和底角處錨桿分別向頂、底傾斜15°，其它錨桿均垂直兩幫布置來控制巷道兩幫變形量[2]。其中具體支護(hù)參數(shù)為：

3.1 頂板錨桿

采用左旋螺紋鋼高強(qiáng)錨桿規(guī)格為Φ20mm×2000mm，匹配規(guī)格120mm×120mm×10mm高強(qiáng)螺母與高強(qiáng)拱形托盤。打鉆時(shí)候孔直徑為28mm，藥卷規(guī)格為K2335和Z2360，巷道頂板配以金屬網(wǎng)與鋼筋梯子梁來進(jìn)行輔助支護(hù)，頂部梯子梁有效長度是3500mm，規(guī)格Φ14mm的鋼筋自行加工；巷道頂板金屬網(wǎng)型號(hào)是3500mm×1100mm使用菱形網(wǎng)來匹配，相鄰之間網(wǎng)搭接大約100mm，用鐵絲進(jìn)行聯(lián)結(jié)。施工時(shí)候錨桿預(yù)緊力矩要確保大于300 N·m，錨桿的錨固力大于100 kN。

3.2 兩幫錨桿

煤柱側(cè)幫確定用左旋螺紋鋼高強(qiáng)錨桿，錨桿鋼材屈服強(qiáng)度不小于335 MPa，錨桿型號(hào)是Φ20mm×2000mm；匹配規(guī)格120mm×120mm×10mm高強(qiáng)螺母與高強(qiáng)拱形托盤。打鉆時(shí)候孔直徑是28mm，每孔放置型號(hào)是K2335與Z2360各1支樹脂藥卷。梯子梁采用Φ14mm的鋼筋自行制作（梯子梁鋼筋比頂板稍細(xì)），長度為3000mm，兩端封閉；巷道兩幫金屬網(wǎng)型號(hào)確定為3000mm×1100mm用加工成的菱形網(wǎng)，相鄰網(wǎng)之間搭接大約100mm，用鐵絲來進(jìn)行連結(jié)。煤柱側(cè)錨桿預(yù)緊力矩應(yīng)大于300 N·m。

3.3 頂板錨索

確定用Φ17.8mm×6300mm的1×7股的高強(qiáng)錨索，錨索的有效長度為6.0 m，排距為2.0 m，錨索間距1.6 m，錨索一排布置2根。施工時(shí)候錨索用型號(hào)一支K2335，兩支Z23603卷樹脂藥卷來進(jìn)行錨固劑錨固，在錨索錨固端1300mm地方加擋圈，有效錨固長度約是1400mm。錨索托盤匹配300mm×300mm×12mm的高強(qiáng)平托盤，施工時(shí)錨索預(yù)緊力應(yīng)≥200 kN。錨索設(shè)計(jì)錨固力大于300 kN[3]。

圖2 回風(fēng)順槽錨桿、錨索支護(hù)

4 現(xiàn)場工業(yè)性實(shí)驗(yàn)

4.1 頂?shù)装寮皟蓭臀灰票O(jiān)測

為了系統(tǒng)檢查巷道錨桿支護(hù)工作情況，實(shí)時(shí)監(jiān)測巷道變形狀況，從而確定巷道的穩(wěn)定程度，采取適當(dāng)?shù)奶幚泶胧Ｉ蟼€(gè)工作面回采完，成采空區(qū)并且巷道穩(wěn)定后，本工作面進(jìn)行回采。根據(jù)現(xiàn)場圍巖變形情況在回風(fēng)順槽開口往里100 m處布置一個(gè)測站，間隔70 m布置第2個(gè)測站，觀測點(diǎn)應(yīng)在巷道掘出后及時(shí)布設(shè)，在巷道監(jiān)測中如果遇到問題，需要及時(shí)和工作人員溝通反映情況。

4.2 監(jiān)測結(jié)果及分析

通過對測站的巷道表面變形量進(jìn)行監(jiān)測，匯總測站的觀測數(shù)據(jù)，測站圍巖隨時(shí)間位移量（見圖3），圍巖隨時(shí)間變形速率（見圖4）。

通過圖4可看出，巷道兩幫和頂?shù)装宓囊平俣茸畲髸r(shí)候在監(jiān)測的前11 d內(nèi)，圖3中巷道兩幫前10 d移近量為110mm左右內(nèi)，在此后的第11～28 d之間巷道兩幫移近速度開始逐漸放緩，巷道兩幫移近量最終穩(wěn)定在120mm左右；巷道頂?shù)装逡平孔罱K穩(wěn)定在180mm左右[4]。

圖3 測站圍巖隨時(shí)間位移量

圖4 圍巖隨時(shí)間變形速率

5 結(jié)語

現(xiàn)場監(jiān)測結(jié)果表明巷道圍巖變形量下降并且巷道圍巖變形速度在30d內(nèi)逐漸趨于穩(wěn)定，受二次采動(dòng)影響回風(fēng)順槽圍巖變形得到有效控制，說明采用U型鋼支架+錨網(wǎng)索組合支護(hù)方案支護(hù)效果較好?？刂屏藝鷰r的進(jìn)一步破壞，達(dá)到了預(yù)期的效果，滿足了礦井巷道保持長期穩(wěn)定的要求[5]。

〔1〕樊正興，謝文兵.采動(dòng)影響下煤層上山巷道支護(hù)技術(shù)[J/OL].煤炭科學(xué)技術(shù)，2012，40（1）：12-15.

〔2〕張科學(xué)，劉向增，郭 坤，等.采動(dòng)影響下回采巷道底鼓控制技術(shù)[J].煤礦安全，2011，42（7）：65-68.

〔3〕馮江兵，張科學(xué)，路希偉，等.采動(dòng)影響下回采巷道底鼓機(jī)理及實(shí)用性技術(shù)研究[J].煤炭技術(shù)，2011，30（3）：68-70.

〔4〕趙 磊，吳國華.錨桿-錨索支護(hù)在采動(dòng)影響巷道修復(fù)中的應(yīng)用[J].山東煤炭科技，2010（3）：10-11.

〔5〕劉建軍，呂志強(qiáng)，郭敏江.鄰近工作面采動(dòng)影響下巷道礦壓規(guī)律研究[J].煤炭科技，2009（1）：81-83.