綜放工作面回風(fēng)巷小煤柱沿空掘巷支護設(shè)計

韓海洋

（大同煤礦集團同發(fā)東周窯煤業(yè)有限公司，山西 大同 037000）

采煤工作面回采巷道留設(shè)小煤柱進(jìn)行沿空掘巷后，巷道處于應(yīng)力的降低區(qū)域，可以避免受到鄰近工作面采動后的上覆巖層劇烈運動影響，巷道維護起來便捷、費用低，且提高煤炭回采率。進(jìn)行留設(shè)煤柱的合理設(shè)計，選取穩(wěn)定可靠的支護設(shè)計方案，才能夠保證巷道掘進(jìn)前后變形不大，安全穩(wěn)定。

1 工程地質(zhì)概況

同發(fā)東周窯煤礦8105綜放工作面地面標(biāo)高為1370～1427m，井下標(biāo)高為868～891m，蓋山厚度為470～540m。8105工作面開采石炭系太原組5#煤層，東北側(cè)為5#煤層8103工作面采空區(qū)，8105工作面與8103工作面之間煤柱設(shè)計10m，西北側(cè)為8102采空區(qū)及工作面之間保護煤柱，東南側(cè)與西南側(cè)均為實煤區(qū)。如圖1所示。

5#煤層總厚度5.0～6.38m，平均5.7m，煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，煤層傾角0°～10°，平均5°。根據(jù)工作面周邊地質(zhì)鉆孔柱狀圖和5103回風(fēng)巷揭露綜合分析，5#煤層含夾矸1～4層，最大為0.35m，最小為0.05m。煤層頂?shù)装迩闆r為：基本頂為含礫粗砂巖，厚度1.4～10.4m，平均5.23m，泥質(zhì)膠結(jié)疏松；直接頂為含礫粗砂巖，厚度2.42～10.38m，平均6.37m，泥質(zhì)膠結(jié)，具斜層理，含礫石及大量的暗色礦物和煤屑；直接底為泥巖，厚度0.1～1.25m，平均0.4m，分布不均勻；基本底為細(xì)砂巖，厚度0.7～3.55m。

圖1 8105工作面巷道布置

根據(jù)已經(jīng)回采結(jié)束的8103工作面回風(fēng)巷掘進(jìn)揭露情況可知，煤層賦存不穩(wěn)定，區(qū)域內(nèi)構(gòu)造及裂隙較發(fā)育。預(yù)計5105回風(fēng)巷掘進(jìn)至115～187m范圍，由于靠近陷落柱，受其影響煤巖層完整性受到破壞，陷落柱附近小型斷裂可能發(fā)育。掘進(jìn)至165m處將揭露斷層，預(yù)計影響工作面60m，斷層帶附近及煤巖層的向背斜軸部圍巖裂隙較發(fā)育。工作面掘進(jìn)至上述區(qū)域范圍時應(yīng)加強支護。

2 回風(fēng)巷支護方案設(shè)計分析

2.1 5105回風(fēng)巷原支護方案

東周窯煤礦原計劃不采用小煤柱掘進(jìn)5105回風(fēng)巷，根據(jù)原設(shè)計方案，5105回風(fēng)巷采用“錨索+錨桿+W鋼帶+經(jīng)緯網(wǎng)”聯(lián)合支護。采用眼距為920mm的6眼W鋼帶，錨桿每排6根，錨桿Ф22×2200mm，排間距為900×920mm。錨索布置方式為三二三布置，頂部錨索Ф21.8×7300mm，排距為1800mm，頂錨索、錨桿均垂直巷道頂板布置。如圖2所示。

幫部支護形式：采用“錨桿+菱形網(wǎng)+W型鋼護板”聯(lián)合支護，兩幫各布置4根幫錨桿，最上一排幫錨桿距巷道頂板900mm且向上傾斜65°布置，最下一排幫錨桿距巷道底板800mm且向下傾斜15°布置，其余錨桿垂直巷道兩幫布置，錨桿Ф22×2400mm，間排距900×900mm。

圖2 5105工作面回風(fēng)巷道原支護設(shè)計示意圖

2.2 5105回風(fēng)巷錨桿支護優(yōu)化后設(shè)計方案

考慮到礦井的生產(chǎn)所需和巷道的圍巖變形預(yù)留部分，設(shè)計的5105回風(fēng)巷道的斷面尺寸：掘進(jìn)斷面寬為5m，掘進(jìn)高度為3.8m，掘進(jìn)斷面面積19m2。通過現(xiàn)場的調(diào)研、分析，確定5105回風(fēng)巷設(shè)計采用高預(yù)應(yīng)力全錨索組合支護系統(tǒng)。

2.2.1 5105回風(fēng)巷正常地段錨桿支護設(shè)計

該方案適用于5105回風(fēng)巷掘進(jìn)過程中巷道圍巖正常地段，即巷道掘進(jìn)后頂板和兩幫較完整、巷道成型較好、使用W鋼帶能夠順利接頂情況下。

（1）頂板支護。頂部錨索形式、規(guī)格：錨索的材料為直徑21.8mm、1×19股的高強低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線，長度分別是7200mm、5200mm，鉆頭的直徑是30mm。錨固的方式：樹脂加長進(jìn)行錨固，用兩種樹脂錨固劑，一種規(guī)格為MSCK2360，一種規(guī)格為Z2360，每種各一支，錨固的長度是1494mm。組合構(gòu)件：W鋼帶護頂，寬280mm，厚4mm，鋼帶長4700mm。異形錨索托板：規(guī)格不低于280×270×14mm的高強度可調(diào)心形W型錨索托板和對應(yīng)的鎖具，高度≥50mm，承載力≥582kN。錨角：都垂直頂板布置。網(wǎng)片規(guī)格：巷道鋪設(shè)6#鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)孔100×100mm，網(wǎng)片2500×1000mm，兩網(wǎng)片之間搭接100mm，用16#的鉛絲進(jìn)行聯(lián)接，雙絲雙扣的孔與孔相連，扣的數(shù)量不得少于3個。錨索布置：頂板鋼帶各個排要布置5根短錨索，長度是5.2m，錨索的間距是1100mm，排距是900mm。每一排對應(yīng)鋼帶之間布置2根長的錨索，長度是7.2m，錨索的間距是2.2m，排距是900mm。錨索預(yù)緊力：錨索初始張拉≥300kN。

（2）巷幫支護。幫部錨索形式、規(guī)格：錨索為直徑17.8mm、1×7股高強度低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線，長度是4200mm，鉆頭的直徑是28mm。錨固的方式：樹脂加長進(jìn)行錨固，用一種樹脂錨固劑，規(guī)格是MSZ2360，數(shù)量2，錨固的長度1359mm。錨索托板：規(guī)格是300×300×14mm的高強度可調(diào)心托板和對應(yīng)的鎖具，高度≥60mm，承載力≥355kN。錨索的角度：都垂直巷幫進(jìn)行布置。幫網(wǎng)片的規(guī)格：巷道鋪設(shè)雙層的菱形網(wǎng)片，材料是12#的鐵絲，網(wǎng)孔是50×50mm，網(wǎng)片是3600×1000mm，網(wǎng)片間重疊為100mm，使用16#鉛絲進(jìn)行聯(lián)接，雙絲雙扣的孔與孔進(jìn)行相連，扣的數(shù)量不得少于3個。幫部錨索布置：兩幫各布置4根幫錨索，間距950mm，排距900mm。錨索預(yù)緊力：錨索初始張拉≥200kN。正常地段5105回風(fēng)巷錨桿錨索支護布置如圖3所示。

2.2.2 5105回風(fēng)巷特殊地段的處理方案及措施

由于存在8103工作面調(diào)車硐室，所以5105回風(fēng)巷在掘進(jìn)至該地段范圍時煤柱尺寸變小，巷道穩(wěn)定性變差，屬特殊地段。當(dāng)5105回風(fēng)巷掘進(jìn)至該地段前后10m范圍需要加強支護，將巷道排距由原900mm調(diào)整為800mm，其余的參數(shù)保持不變化。

2.2.3 5105回風(fēng)巷其余情況的處置方案與措施

在掘進(jìn)的過程中，嚴(yán)格控制巷道的形成尺寸。當(dāng)巷道超出寬度大于500mm時，采用補打一根長度5200mm的單體錨索進(jìn)行支護加強，配單體錨索托板。當(dāng)巷道超出寬度大于1000mm時，再增加一根長錨索，長度是7200mm。巷道高度超出大于500mm，補加幫錨索一根，長度是4200mm。當(dāng)遇到頂板破碎、頂板淋水等情況時，應(yīng)及時補加錨索，減小錨索、錨桿的間距，加強支護。在面對地質(zhì)條件變化較大或是大型地質(zhì)結(jié)構(gòu)時，調(diào)整支護方案，加強支護設(shè)計。

圖3 正常地段5105回風(fēng)巷道支護初始設(shè)計示意圖

3 結(jié)論

（1）通過對5105回風(fēng)巷道支護設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化，5105回風(fēng)巷設(shè)計采用高預(yù)應(yīng)力全錨索組合支護系統(tǒng)，從而解決了5105回風(fēng)巷道10m小煤柱沿空掘巷動壓巷道支護難題。

（2）沿空掘巷過程中不同地段地質(zhì)構(gòu)造條件有所不同，通過對支護方案進(jìn)行有針對性的調(diào)整，從而可起到加強巷道支護的作用，可確保全巷道的安全、穩(wěn)定。

（3）實踐表明，通過支護設(shè)計分析并優(yōu)化，起到了加強支護強度的作用，確保了5105回風(fēng)巷道10m小煤柱沿空掘巷掘進(jìn)期間和該工作面開采過程中全巷道的安全、穩(wěn)定。