綜采放頂煤工作面順槽支護(hù)優(yōu)化設(shè)計(jì)

王桂紅

(山西陽(yáng)煤集團(tuán)二礦 生產(chǎn)技術(shù)部，山西 陽(yáng)泉 045000)

0 引言

綜采放頂煤工作面順槽支護(hù)與一次采全高工作面順槽支護(hù)相比有其特殊性，煤層厚，巷道壓力大，放頂煤前后應(yīng)力的重新分布等都對(duì)巷道支護(hù)提出了新的要求。文中根據(jù)工作面地層特點(diǎn)，對(duì)原有支護(hù)方式進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)，認(rèn)為優(yōu)化后的支護(hù)方案可行，具有一定的指導(dǎo)意義。

1 工程概況

某礦可采煤層6層，2#、4#、6#、7#、8#和9#煤，目前主采2#、4#及6#煤層。其中，2#煤厚3.91～6.95 m，平均5.30 m，采用綜采放頂煤采煤工藝。工作面煤層底板標(biāo)高-495～-535 m，地面平均標(biāo)高為+168～+171 m，推進(jìn)長(zhǎng)度454 m，工作面長(zhǎng)度80 m，儲(chǔ)量28萬(wàn)t。

該工作面地表皆為農(nóng)田，井下四鄰采掘情況為：北至F30斷層防水煤柱線，南鄰14474工作面(未采)，東臨近BF1斷層，西至-600大巷保護(hù)煤柱線。

2#煤老頂為砂質(zhì)頁(yè)巖，厚度3.5 m，深灰色質(zhì)硬，局部含硅質(zhì)層理明顯，含砂質(zhì)不均勻；直接頂為石灰?guī)r，厚度為0.3～2.0 m，青灰色，性脆較硬，含有少量方解石脈；直接底為細(xì)砂巖，厚度為1.5～2.4 m，深灰色，長(zhǎng)石英為主，硅質(zhì)膠結(jié)，局部含黃鐵礦；老底為砂質(zhì)頁(yè)巖，厚度為4.5 m，上部石英長(zhǎng)石為主含云母，層理清晰。下部含炭質(zhì)泥質(zhì)膠結(jié)，節(jié)理發(fā)育局部含細(xì)砂，地層柱狀如圖1所示。工作面臨近斷層，預(yù)計(jì)本區(qū)域礦山壓力較大。

本區(qū)主要充水水源為4#煤頂板石灰?guī)r水，根據(jù)臨近巷道掘進(jìn)時(shí)揭露的涌水量，預(yù)計(jì)正常涌水量為0.1 L/min，最大涌水量為 0.2 L/min。正常掘進(jìn)瓦斯最大絕對(duì)涌出量為1.0 m3/min，煤層屬3類(lèi)不易自燃煤層，煤塵具有爆炸性。

圖1 煤層綜合地質(zhì)柱狀(部分)

2 礦井開(kāi)拓及原支護(hù)方式

礦井為斜井多水平盤(pán)區(qū)式開(kāi)拓，布置4個(gè)斜井井筒(主斜井、副斜井、老付斜井和回風(fēng)斜井)。通風(fēng)方式為中央并列式通風(fēng)，通風(fēng)方法為抽出式。

采煤工作面順槽掘進(jìn)采用打眼放炮方法，采用ZQS-50/300風(fēng)動(dòng)錨頭和YT-26氣腿式風(fēng)錘打眼，三級(jí)礦用乳化炸藥爆破，毫秒電雷管引爆，正向裝藥，串聯(lián)式聯(lián)線，木質(zhì)炮棍裝炮，水炮泥及軟炮泥封口，防爆型半導(dǎo)體發(fā)爆器引爆。掘進(jìn)時(shí)采用ZWY-150/55L型挖掘式裝載機(jī)裝貨，運(yùn)煤采用皮帶、刮板輸送機(jī)接力運(yùn)輸。

綜采放頂煤工作面順槽沿2#煤頂板掘進(jìn)，斜矩形斷面，巷道為4.0 m×2.4 m(凈寬×凈高，巷中頂板向下2.4 m到軌面距離)。巷道頂部采用錨索配合高凸T型鋼帶和專(zhuān)用T型鋼帶托板支護(hù)。錨索采用直徑21.6 mm高強(qiáng)度低松弛鋼絞線，長(zhǎng)度8.0 m，錨固長(zhǎng)度1.8 m，錨索預(yù)緊力為100 kN。頂板鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)，鋼筋網(wǎng)采用φ6 mm鋼筋焊接而成，網(wǎng)片規(guī)格為1 500 mm×1 100 mm，網(wǎng)孔規(guī)格100 mm×100 mm，搭接長(zhǎng)度100 mm，每100 mm采用12#雙股綁絲綁扎一道。兩幫采用樹(shù)脂錨桿配合W鋼帶支護(hù)。錨桿均采用長(zhǎng)度為2 000 mm左旋無(wú)縱筋高強(qiáng)螺紋鋼錨桿，采用專(zhuān)用錨桿托盤(pán)，幫鋼帶進(jìn)行封幫(長(zhǎng)×寬×厚=2 200 mm×140 mm×3 mm)，鋼帶垂直于巷道底板布置。錨桿抗拉拔力不小于40 kN(巖巷70 kN)，螺母扭矩達(dá)到200 N·m。

雖然目前工作面順槽采用高強(qiáng)錨桿、錨索聯(lián)合支護(hù)，但由于支護(hù)參數(shù)選擇不合理，支護(hù)施工質(zhì)量監(jiān)控不嚴(yán)格，2#煤層已掘順槽均出現(xiàn)不同程度的變形和破壞，特別是2#煤層頂板出現(xiàn)了較大范圍的平行于巷道軸向的裂縫，對(duì)工作面安全掘進(jìn)已經(jīng)產(chǎn)生了較大影響，迫切需要對(duì)4#煤層綜采放頂煤工作面支護(hù)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。

3 綜采放頂煤工作面順槽錨桿錨索支護(hù)參數(shù)

綜采放頂煤工作面順槽掘進(jìn)凈寬度4 000 mm，凈高2 400 mm，順槽錨桿、錨索布置如圖2所示。頂板為5根錨桿，間距900 mm；上幫4根錨桿，間距為700 mm，上部錨桿距頂板200 mm，底部錨桿距底板310 mm；下幫3根錨桿，間距為850 mm，上部錨桿距頂板200 mm，底部錨桿距底板290 mm，錨桿排距參照間距確定為1 000 mm。

圖2 綜采放頂煤工作面順槽錨桿、錨索布置

具體支護(hù)參數(shù)為：頂板錨桿型號(hào)為φ20 mm×2 400 mm左旋螺紋鋼高強(qiáng)的錨桿，配150 mm×150 mm×12 mm高強(qiáng)拱形托盤(pán)與高強(qiáng)螺母，當(dāng)錨桿不能垂直巷道頂板布置的時(shí)候，應(yīng)該加設(shè)調(diào)心球墊來(lái)調(diào)節(jié)，用加長(zhǎng)的樹(shù)脂錨固K2335和Z2360各1支。頂板配以鋼筋網(wǎng)作為輔助支護(hù)，鋼筋網(wǎng)采用φ6 mm的鋼筋自行焊接制作，頂板鋼筋網(wǎng)規(guī)格為2 000 mm×1 100 mm，相鄰網(wǎng)搭接約100 mm，鐵絲鈕扣聯(lián)結(jié)。

錨桿安裝預(yù)緊力：錨桿預(yù)緊力矩不小于400 N·m，如果達(dá)不到正常扭矩的要求，應(yīng)該考慮購(gòu)買(mǎi)扭矩放大器或者風(fēng)動(dòng)扭矩扳手，盡量使錨桿預(yù)緊力矩達(dá)到要求。

頂板錨索：使用1×7股高強(qiáng)度低松弛鋼絞線制作，長(zhǎng)為7 300 mm，φ21.6 mm，具體的有效長(zhǎng)度7 000 mm左右，一排布置2根，其中間距為2 000 mm，排距為2 000 mm，兩根錨索分別距離巷道兩幫1 000 mm，錨索應(yīng)緊跟掘進(jìn)迎頭施工。錨索采用3支樹(shù)脂錨固劑錨固，1支K2335，2支Z2360，錨固長(zhǎng)度約為1 400mm，在錨索錨固端1 300 mm處施加擋圈。錨索托盤(pán)采用300 mm×300 mm×12 mm的高強(qiáng)托盤(pán)，如果錨索不能垂直巷道頂板布置，應(yīng)加設(shè)調(diào)心球墊，錨索預(yù)緊力應(yīng)≥250 kN。遇地質(zhì)條件變化較大的地段，錨索長(zhǎng)度可根據(jù)需要調(diào)整，但錨索長(zhǎng)度只可加長(zhǎng)，不可隨意縮短。

兩幫錨桿：型號(hào)為φ20 mm×2 400 mm左旋螺紋鋼高強(qiáng)的錨桿，匹配150 mm×150 mm×12 mm高強(qiáng)拱形托盤(pán)與高強(qiáng)螺母。加長(zhǎng)樹(shù)脂錨固，鉆孔直徑≥30mm，使用K2335和Z2360各1支。錨桿預(yù)緊力矩不低于200 N·m，但不超過(guò)500 N·m。兩幫金屬網(wǎng)規(guī)格分別為2 610 mm×1 100 mm和2 190 mm×1 100 mm，相鄰網(wǎng)搭接約100 mm，用鐵絲鈕扣來(lái)進(jìn)行聯(lián)結(jié)，網(wǎng)扣間距不超過(guò)200 mm。

4 巷道圍巖變形觀測(cè)分析

綜采放頂煤工作面順槽試驗(yàn)巷段共布設(shè)2個(gè)測(cè)站，總長(zhǎng)度230 m，第1個(gè)測(cè)站設(shè)在試驗(yàn)巷段開(kāi)始掘進(jìn)60 m位置處，間隔120 m布設(shè)第2個(gè)測(cè)站，2個(gè)測(cè)站同時(shí)進(jìn)行觀測(cè)，采用十字布點(diǎn)法對(duì)巷道變形量進(jìn)行監(jiān)測(cè)。對(duì)2個(gè)測(cè)站的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析處理，得到圖3工作面順槽圍巖變形位移曲線。

圖3 工作面順槽圍巖變形位移曲線

由圖3可看出，監(jiān)測(cè)的第25天開(kāi)始逐步趨于穩(wěn)定，巷道頂板、底板和兩幫圍巖變形量小，最終左幫和右?guī)鸵平抗布s為35 mm，頂板和底板移近量共約為25 mm。

5 結(jié)語(yǔ)

采用優(yōu)化后的支護(hù)方案巷道圍巖變形得到了有效控制，觀測(cè)表明巷道支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)合理，支護(hù)方案可行。