3706綜采面過(guò)空巷支護(hù)設(shè)計(jì)研究分析

張燕飛

（山西陽(yáng)城陽(yáng)泰集團(tuán)義城煤業(yè)，山西 晉城 048000）

隨著礦井開采深度不斷地延伸，大采高、高應(yīng)力的礦井逐漸增多，礦井空巷支護(hù)問(wèn)題成為了一項(xiàng)巨大的技術(shù)難題[1-3]。當(dāng)綜采工作面與空巷聯(lián)通以后，控頂距顯著增大，巷道頂板變形量、底鼓量也明顯增大，給綜采面帶來(lái)不利影響。

義城煤礦原來(lái)的空巷支護(hù)，傳統(tǒng)工藝多采用木垛支護(hù)[4-5]，但由于木垛支護(hù)阻力較小，且增阻速度極慢，可縮變形量大，不能有效支護(hù)空巷頂板，易出現(xiàn)冒頂?shù)葐?wèn)題。因此，針對(duì)義城煤礦過(guò)空巷傳統(tǒng)支護(hù)工藝的不足，提出支護(hù)改進(jìn)方案。

1 工程概況

1.1 地質(zhì)條件

義城煤礦隸屬山西陽(yáng)城陽(yáng)泰煤業(yè)集團(tuán)，該礦井井田位于陽(yáng)城縣北町店鎮(zhèn)，井田面積8.1493km2，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為90萬(wàn)t/a，礦井總服務(wù)年限27.3a。目前義城煤礦3706綜采回采工作面為主采工作面，此工作面布置了運(yùn)輸順槽和回風(fēng)順槽兩條巷道。3706工作面長(zhǎng)160m，采高為2.8m，可采長(zhǎng)度890m，采用走向長(zhǎng)壁綜合機(jī)械化采煤方法，頂板采用全部垮落法，循環(huán)進(jìn)度0.6m。綜合地質(zhì)柱狀圖如圖1所示。

1.2 空巷情況

3706綜采工作面內(nèi)存在原小煤窯開采空巷共22條，所有空巷分布不均勻，無(wú)規(guī)則，且長(zhǎng)短不一，空巷均沿煤層底板布置，留設(shè)1.8～2.0m厚煤層，空巷內(nèi)原斷面寬度和高度均為4m，為矩形巷道斷面，斷面面積為S=16m2。

當(dāng)回采工作面回采至415m處時(shí)，在200m處有7條與工作面巷道平行的空巷，與工作面有一定傾角，還有長(zhǎng)短不一的垂直空巷共5條，與進(jìn)回風(fēng)順槽有一定夾角。

空巷原采用木垛支護(hù)，部分巷道出現(xiàn)頂板冒落、片幫及底鼓等變形。

圖1 地質(zhì)條件柱狀圖

2 支護(hù)設(shè)計(jì)

2.1 臨時(shí)支護(hù)

（1）采用前探梁配合背板進(jìn)行臨時(shí)超前支護(hù)，每根前探梁均采用長(zhǎng)度為3.0m的Φ76mm金屬鋼管制作而成，且間距不大于1.0m，其最大控頂距離為1.2m，并用專門的樹脂錨桿和16#圓鋼吊環(huán)固定。使用2塊以上樹脂錨固劑，從而達(dá)到錨固力不小于80kN/根；

（2）在打眼放炮以后，工作面作業(yè)點(diǎn)的前方煤壁上必須支設(shè)三組以上木錨桿，控制前方煤壁，木錨桿要求布設(shè)間距為1根/m2；

（3）使用長(zhǎng)柄工具將巷道頂部浮矸活石篩選干凈，然后連接鐵絲網(wǎng)，確認(rèn)頂板安全后，向前移動(dòng)前探梁。在前探梁上方放置背板，并在背板上鋪設(shè)鐵絲網(wǎng)，用背板和木剎將巷道頂板與前探梁緊密地連接在一起；

（4）前探梁、吊環(huán)每向前移動(dòng)一次，都要檢查結(jié)構(gòu)牢固情況和損壞程度，如果發(fā)現(xiàn)存在損壞問(wèn)題的前探梁，要及時(shí)更換相應(yīng)部件；

（5）在空巷內(nèi)作業(yè)時(shí)，最大空頂距1.2m，最小空頂距為0.3m。

2.2 永久支護(hù)

根據(jù)巷道頂板現(xiàn)狀，支護(hù)設(shè)計(jì)采用樹脂加長(zhǎng)錨固組合錨桿支護(hù)、錨索補(bǔ)強(qiáng)，兩幫采用木錨桿配合相應(yīng)的木托盤進(jìn)行支護(hù)。

（1）頂板支護(hù)

① 錨桿的形式和規(guī)格：選用長(zhǎng)2000mm的MSGLW-335/2000型無(wú)縱肋螺紋鋼樹脂錨桿，根據(jù)以往資料可知其極限抗拉強(qiáng)度為79kN，屈服強(qiáng)度可達(dá)335MPa，延伸率大于17%，此錨桿采用滾壓加工工藝壓制成型；② 應(yīng)用螺紋結(jié)構(gòu)與錨桿桿體相同的拱形高強(qiáng)度不銹鋼托板，其規(guī)格為130×130×10mm；③ 鋼筋梯規(guī)格：選用長(zhǎng)3800mm、寬80mm直徑為Φ12mm的鋼筋來(lái)制作鋼筋梯，要求每根鋼筋梯的限位孔間距900mm；④采用12#鐵絲編制成規(guī)格為1200×6000mm的金屬網(wǎng)護(hù)頂，網(wǎng)孔均為50×50mm的菱形網(wǎng)；⑤ 錨固方式及預(yù)緊力：采用樹脂錨固方法，且頂板每根錨桿均選用2卷型號(hào)為2350的樹脂錨固劑進(jìn)行錨固，其中一卷為快速錨固，另一卷為中速錨固，錨固長(zhǎng)度為0.9m，錨桿安裝的預(yù)緊力矩要求大于120N·m；⑥ 錨桿布置：每排錨桿布設(shè)有5根錨桿，布設(shè)間排距、錨間距均為900mm，當(dāng)巷道斷面寬度大于4m時(shí)，巷道內(nèi)錨桿間排距不得大于900mm，且保證在整個(gè)斷面內(nèi)布滿錨桿；⑦ 靠近巷幫的頂板錨桿安設(shè)角度與水平線呈60°，其余的錨桿均垂直于頂板安設(shè)；⑧ 在巷道頂板每隔2.7m安設(shè)一排“三花眼”進(jìn)行布置規(guī)格Φ15.24×8000mm的錨索，如巷道斷面寬度大于4m時(shí)，巷道內(nèi)錨索改為“五花眼”布置方式。頂板具體支護(hù)方案設(shè)計(jì)如下圖2所示。

（2）巷幫支護(hù)

① 錨桿的形式和規(guī)格：巷幫采用長(zhǎng)度為2000mm的木錨桿與配套的木托盤進(jìn)行搭配支護(hù)；② 木托盤規(guī)格：選用厚5～8cm、寬20～25cm、長(zhǎng)50～60cm的木托盤進(jìn)行緊固，此階段內(nèi)巷幫支護(hù)將不進(jìn)行幫部鋼筋梯支護(hù)；③ 錨桿布置：巷幫錨桿布設(shè)每排、每幫間距900mm的4根錨桿，錨桿距離頂、底板150mm；④ 錨桿角度：靠近頂、底板的巷幫錨桿要求與水平線呈30°安設(shè)，其余的錨桿均垂直巷幫。具體支護(hù)示意圖如圖3。

3 支護(hù)效果觀測(cè)分析

現(xiàn)場(chǎng)對(duì)支護(hù)進(jìn)行抗拉拔強(qiáng)度、錨固力監(jiān)測(cè)，與未實(shí)施方案之前空巷巷道支護(hù)觀測(cè)數(shù)據(jù)形成對(duì)比，繪制曲線圖4、圖5。

圖4可以看出，改進(jìn)后的巷道錨桿抗拉強(qiáng)度曲線隨著觀測(cè)時(shí)間的推移先呈平緩上升狀態(tài)，抗拉拔強(qiáng)度逐漸增大，在觀測(cè)第7d時(shí)曲線呈平穩(wěn)狀態(tài)，抗拉拔力數(shù)值基本不變，而后在第11d時(shí)，曲線呈線性上升趨勢(shì)，此時(shí)的抗拉拔力顯著線性增大，當(dāng)至15d時(shí)，抗拉拔力達(dá)到了其極限峰值，此時(shí)的抗拉拔強(qiáng)度可達(dá)到79kN。原木垛抗拉強(qiáng)度變化曲線趨勢(shì)大體與之相同，但在每個(gè)觀測(cè)時(shí)間點(diǎn)對(duì)應(yīng)的抗拉強(qiáng)度數(shù)值都遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于改進(jìn)后的錨桿測(cè)試數(shù)值，這說(shuō)明了改進(jìn)后的錨桿抗拉強(qiáng)度更大，可以有效地預(yù)防頂板冒落，更適合空巷支護(hù)。

圖2 空巷巷道頂板支護(hù)示意圖

圖3 巷道幫部支護(hù)設(shè)計(jì)圖

圖4 抗拉強(qiáng)度對(duì)比曲線圖

圖5 錨桿錨固力對(duì)比曲線圖

圖5 同樣可以觀測(cè)出改進(jìn)后的錨桿錨固力更大，可以更緊密地與空巷巷道圍巖錨固在一起，有效地預(yù)防了頂板離層、冒落及底鼓等問(wèn)題，改善了巷道支護(hù)情況，改進(jìn)后的支護(hù)方案更適合空巷巷道的支護(hù)。

4 總結(jié)

（1）針對(duì)空巷存在的頂板離層、冒落及底鼓等問(wèn)題，提出了支護(hù)改進(jìn)方案，臨時(shí)支護(hù)采用Φ76mm金屬鋼管制作前探梁，永久支護(hù)采用樹脂加長(zhǎng)錨固組合錨桿進(jìn)行支護(hù)、錨索補(bǔ)強(qiáng)，兩幫采用木錨桿配合相應(yīng)的木托盤進(jìn)行支護(hù)；

（2）通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)觀測(cè)，繪制了拉拔力、錨固力對(duì)比曲線圖，對(duì)其進(jìn)行分析。改進(jìn)后的錨桿錨固力、抗拉拔強(qiáng)度都遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于原巷道支護(hù)用木垛結(jié)構(gòu)，有效地預(yù)防了頂板離層、冒落及底鼓等問(wèn)題，改善了巷道支護(hù)情況，此類改進(jìn)后的支護(hù)方案更適合空巷巷道的支護(hù)。