薄煤層托夾矸掘進支護技術(shù)的實踐

張 沖

（山西焦煤集團西山煤電官地礦，山西 太原 030000）

官地礦薄煤層半煤巖巷道托夾矸掘進時，由于頂板泥巖的自穩(wěn)能力較差，施工過程中破壞了直接頂泥巖的完整性，特別是在爆破掘進時，需要把部分未掘泥巖懸吊，增加了巷道掘進支護工作的難度。在保證經(jīng)濟、安全的前提下，優(yōu)化巷道支護參數(shù)，提高了巷道圍巖穩(wěn)定性，滿足礦井安全生產(chǎn)需要。

1 工程概況

官地礦主采煤層為12下煤，煤層平均厚度為1.3m。直接頂為夾矸和12上煤，夾矸厚度0.8～3.0m，平均2.1m，12上煤平均厚0.4m；基本頂為七灰。在布置回采、準(zhǔn)備巷道時均沿12煤頂?shù)装迤呋?、八灰全斷面掘進，巷道高度4.0m以上。由于巷道高、斷面大，出矸量多，掘進效率低，掘進及洗矸費用較高。礦井曾嘗試在布置工作面順槽時托夾矸掘進，但因支護參數(shù)選擇不當(dāng)，支護強度不夠，造成巷道局部發(fā)生漏頂事故，影響施工安全。因此對礦井41201兩順槽進行了托夾矸掘進支護試驗，對支護參數(shù)進行了優(yōu)化調(diào)整，取得了一定效果。

2 巷道斷面形狀及尺寸確定

半煤巖巷托夾矸掘進巷道斷面形狀有矩形和拱形，根據(jù)巷道圍巖受力、變形規(guī)律及夾矸破除量，確定采用直墻圓弧拱形斷面。托夾矸掘進巷道斷面尺寸必須滿足工作面通風(fēng)、行人、運輸?shù)男枰?，同時必須考慮支護成本、施工效率及出矸量。經(jīng)分析論證，將巷道斷面規(guī)格確定為：凈寬2.6m，凈高2.5m，其中墻高為1.5m，圓弧拱高為1.0m。

3 優(yōu)化掘進施工工藝

托夾矸掘進工作面，爆破、臨時支護等工藝對夾矸頂板的完整性、穩(wěn)定性影響較大，是對頂板進行有效控制的關(guān)鍵。因此優(yōu)化調(diào)整爆破、臨時支護等施工工藝是保證托夾矸掘進工作面支護效果的關(guān)鍵。

3.1 光面爆破

半煤巖巷托夾矸掘進工作面爆破后，夾矸完整性受到破壞。巷道頂板所留設(shè)的部分夾矸由于巷道成巷較差，造成頂板支護困難，因此必須確定合理的光面爆破巷道拱部周邊眼參數(shù)。夾矸段周邊眼應(yīng)加空心眼不裝藥，炮眼間距為200～250mm。周邊眼采用細藥卷不耦合裝藥，炮眼直徑為32mm，采用細藥卷直徑為20mm（原藥卷為27mm），其不耦合系數(shù)為1.6，不耦合系數(shù)值越大，周邊眼留下半邊眼痕越多，光爆效果越好。炮眼采用眼底集中空氣柱裝藥，裝藥時先將藥卷裝入眼底，再裝入小塊炮泥，最后在眼口用長度不小于300mm炮泥塞緊。為了減小爆破對留設(shè)巖體的震動，將拱部周邊眼裝藥量調(diào)整為200g（1卷）。

3.2 臨時支護方式的優(yōu)化

工作面爆破后，必須及時對頂部留設(shè)（夾矸）巖體進行控制，防止其冒落造成托夾矸失敗。爆破后及時使用臨時支護對頂板進行控制，減小循環(huán)進尺，將其調(diào)整為1.6m，縮小托矸頂板巖體的空頂距離及時間。

托夾矸掘進時，臨時支護方式的選擇尤為重要。原前探梁（板）方式對拱部頂板支護效果不好，因此托夾矸掘進工作面臨時支護形式采用單體液壓支柱配合木板。單體液壓支柱采用兩棵輕型DN28，柱距為1.3m，初撐力不低于4MPa；木板規(guī)格為長×寬×高=1500mm×250mm×50mm，木板敷設(shè)在金屬網(wǎng)下方充分接實頂板，單體液壓支柱必須打到實底、牢固有力。

4 錨網(wǎng)索耦合支護技術(shù)

4.1 錨網(wǎng)初次耦合支護

巷道托夾矸掘進后，首先實施初次耦合支護，初次耦合支護巷道圍巖變形的釋放通過使用復(fù)合托盤來實現(xiàn)。復(fù)合托盤即鐵托盤內(nèi)加木托盤，木托盤面積大于鐵托盤，厚度一般可取20～60mm。支護參數(shù)設(shè)定如下：

（1）錨桿：全螺紋錨桿，頂部為直徑18mm、長度2100mm，幫部為直徑18mm、長度1700mm，間排距為800mm。

（2）樹脂錨固劑：樹脂錨固劑直徑為25mm，長度為500mm，錯固劑型號為CK255，每根錨桿配一塊錨固劑。

（3）金屬網(wǎng)：幫網(wǎng)采用Φ4mm鋼筋編織的經(jīng)緯網(wǎng)，金屬網(wǎng)的規(guī)格為長×寬=2000mm×900mm，網(wǎng)孔為70mm×70mm；頂網(wǎng)采用冷拔絲編織的焊網(wǎng)，焊網(wǎng)為長×寬=2000mm×900mm，網(wǎng)孔為60mm×60mm。交接處采用搭接，搭接寬度為1個網(wǎng)格，金屬網(wǎng)扣連接使用16#鍍鋅鐵絲雙股雙排扣菱形綁扎，聯(lián)網(wǎng)扣間距不大于200mm。

（4）錨桿托盤：錨桿托盤為復(fù)合托盤，外托盤為8mm厚的正方形鋼板，中部壓制成弧形，規(guī)格為長×寬=150m×150m，內(nèi)為木托盤，長×寬×厚=170mm×170mm×25mm。

4.2 錨索二次耦合支護

初次耦合支護后，根據(jù)巷道圍巖的變形特征，巷道頂?shù)装?、兩幫移近量以及錨桿應(yīng)力的監(jiān)測來實施二次耦合支護。支護參數(shù)設(shè)定如下：

（1）錨索采用15.24mm鋼絞線，長度為5000mm，外露長度150～250mm，采用樹脂藥卷端頭錨固，每根錨索配2卷CK2550型樹脂錨固劑，錨索間距為3000mm，沿巷道走向單排布置。

（2）錨索梁使用11#工字鋼制作，長度800mm。

（3）施工過程中緊跟迎頭實施錨索支護，其預(yù)應(yīng)力為100kN。

巷道支護設(shè)計圖見圖1所示。

圖1 巷道支護斷面示意圖

5 支護效果檢測

托夾矸巷道支護參數(shù)確定后，必須及時通過檢測設(shè)備對現(xiàn)場支護效果進行檢測。通過檢測結(jié)果信息反饋，不斷對支護參數(shù)進行調(diào)整、優(yōu)化，使現(xiàn)場支護能滿足安全、經(jīng)濟的要求。

5.1 頂板離層檢測

托夾矸掘進工作面如果支護強度不能滿足要求，會造成頂板離層變形，發(fā)生漏頂、冒頂事故。掘進工作面支護完成后，安設(shè)KGE30B頂板離層指示儀對頂板離層情況進行動態(tài)觀測，頂板離層儀每50m安設(shè)一組，每5d觀測一次，對每次觀測結(jié)果進行記錄分析，發(fā)現(xiàn)異常時必須及時對支護參數(shù)進行調(diào)整。

對觀測結(jié)果分析可知，頂板變形量在20～25d時達到最大值，在25d后頂板變形趨于穩(wěn)定。設(shè)計頂板變形量為20mm，實測頂板最大變形量為10mm，頂板離層變形量在可控范圍內(nèi)，頂板支護強度滿足支護要求。

5.2 錨桿工作阻力檢測

托夾矸掘進工作面錨桿工作狀態(tài)和安裝質(zhì)量的檢測是錨桿支護中的一項基本工作。施工現(xiàn)場在頂板安設(shè)MJ-40錨桿測力計，測力計每20m安設(shè)會出現(xiàn)預(yù)應(yīng)力松弛，錯組，每3d觀測一次，對每次觀測結(jié)果進行記錄分析，及時對錨桿支護參數(shù)進行優(yōu)化、調(diào)整。

對觀測結(jié)果分析可知，錨桿工作阻力在15～18d時達到最大值，在18d后錨桿軸向工作阻力趨于穩(wěn)定。設(shè)計錨桿錨固力為100kN，實測最大工作阻力為85kN，錨桿支護強度能滿足支護要求。

6 結(jié)語

對托夾矸掘進現(xiàn)場施工及支護工藝、支護參數(shù)進行優(yōu)化調(diào)整，通過對巖層變形量、支護工作阻力等支護效果參數(shù)進行檢測，支護強度能滿足安全、經(jīng)濟施工要求，托夾矸掘進施工效率提高了20%以上，減少了掘進出矸量，提高了煤質(zhì)。