煤礦工作面回采巷道支護(hù)設(shè)計

石嘉磐

(同煤集團(tuán)臨汾宏大雪坪煤業(yè)有限公司，山西 臨汾 041000)

引 言

據(jù)統(tǒng)計表明，我國每年煤炭產(chǎn)量和消耗量在全球范圍內(nèi)均處于前列。煤炭作為我國國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要能源之一，對我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展至關(guān)重要。而且，目前缺乏能夠替代煤炭角色新型能源，在未來很長的時間內(nèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會需求均離不開煤炭資源[1]。因此，保證煤炭生產(chǎn)的效率和產(chǎn)量是決定經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的關(guān)鍵指標(biāo)。

影響煤炭產(chǎn)量及生產(chǎn)效率的因素眾多，主要包括煤炭綜采工作面大型機(jī)電設(shè)備的自動化程度、綜采工作面的支護(hù)效果以及采煤技術(shù)等。就綜采工作面的支護(hù)而言，錨桿支護(hù)技術(shù)較其他支護(hù)技術(shù)已經(jīng)處于領(lǐng)先地位，而且錨桿支護(hù)技術(shù)是將來綜采工作面支護(hù)的發(fā)展方向。合理的支護(hù)設(shè)計是煤礦安全生產(chǎn)的前提，不僅能夠提高煤炭產(chǎn)量，而且還能夠保證作業(yè)人員的安全。支護(hù)設(shè)計的合理性和可行性一方面取決于支護(hù)理論的先進(jìn)性，另一方面與工作面圍巖、煤層以及工作面地質(zhì)、水文條件相關(guān)。本文以應(yīng)用最廣泛的錨桿支護(hù)技術(shù)為研究對象，對我礦回采巷道進(jìn)行支護(hù)設(shè)計。

1 綜采工作面情況概述

本文所研究綜采工作面南北方向長度為9 km，東西跨度長度為7 km，工作面合計面積為59.2 km2。該工作面為地瓦斯礦井。該工作面地標(biāo)物質(zhì)類型為第四系松散沉積物，所處地形相對復(fù)雜，縱橫交錯復(fù)雜，海拔處于1 050 m左右，且高度落差達(dá)328.3 m。

1.1 回采巷道煤層情況分析

該回采巷道煤層節(jié)理發(fā)育，結(jié)構(gòu)復(fù)雜；8#煤上分層厚度0.55 m～1.0 m，平均0.60 m；煤層上部夾石為0.10 m～4.3 m，平均2.5 m左右頁巖。下分層煤層厚度2.40 m～3.50 m，平均2.95 m，下部夾0.2 m左右的頁巖或炭質(zhì)頁巖，厚度變化不大，屬單一穩(wěn)定的中厚煤層。工作面所采煤層經(jīng)鑒定屬于有煤塵爆炸性，爆炸性指數(shù)為15.38%，自燃傾向性為Ⅱ級，屬自燃煤層。

1.2 回采巷道水文地質(zhì)條件分析

1.2.1 回采巷道地質(zhì)構(gòu)造

褶曲：工作面中東部整體為一單斜構(gòu)造，東高西低，局部地段發(fā)育有小型背向斜構(gòu)造，煤巖層傾角3°～7°，工作面西部整體呈一盆狀構(gòu)造，煤巖層傾角3°～10°，相對低點(diǎn)位于工作面巷道開口前3 373 m處。

斷層：據(jù)周邊8#煤資料及上覆2#煤巷揭露資料推測，該巷掘進(jìn)中開口前218 m遇正斷層F8624(h=1.5 m)，對掘進(jìn)有一定影響，預(yù)計掘進(jìn)中還將有斷層出現(xiàn)。

1.2.2 地表水文地質(zhì)條件分析

工作面上覆含水層為石炭系統(tǒng)含水層組，石灰?guī)r局部富含裂隙水，掘進(jìn)中遇地質(zhì)構(gòu)造、陷落柱及頂板破碎帶時會有淋水出現(xiàn)，局部淋水較大，對掘進(jìn)有一定影響。

2 回采巷道支護(hù)分析

在對該回采巷道煤層特征、直接頂、底板特征、地質(zhì)條件以及水文條件分析的基礎(chǔ)上，特擬定回采巷道順槽支護(hù)的思路。

1) 由于該回采巷道的直接頂主要由泥巖組成，無法為錨桿固定提供著力層，導(dǎo)致對回采共走面頂板的支護(hù)相對困難[3]。因此，針對直接頂?shù)闹ёo(hù)僅采用錨桿、錨索的聯(lián)合支護(hù)效果較差，選用強(qiáng)度、韌性較高的加強(qiáng)梁、網(wǎng)進(jìn)行支護(hù)，以確保其適應(yīng)巷道圍巖變形較大的情況。

2) 在支護(hù)中應(yīng)充分發(fā)揮錨桿、錨索聯(lián)合支護(hù)方案對順槽圍巖的控制作用。為在支護(hù)過程中抑制巷道圍巖的變形所產(chǎn)生的位移，應(yīng)采用主動安裝錨索的方式，并根據(jù)回采巷道的特征對錨桿和錨索的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，最終盡可能地提升順槽圍巖的整體性和穩(wěn)定性。

3) 支護(hù)方案的前提是對頂板冒落高度、巷道圍巖松動范圍進(jìn)行充分的理論計算，將順槽圍巖的變形量保持在可控范圍之內(nèi)，以保證最終巷道支護(hù)方案為最優(yōu)。此外，為防止巷道圍巖發(fā)生大面積冒頂、片幫現(xiàn)象，在支護(hù)方案中加入噴漿的措施，以達(dá)到對巷道圍巖的封閉和穩(wěn)固。

3 工作面回采巷道支護(hù)方案設(shè)計

經(jīng)對該工作面煤層、水文、地質(zhì)以及頂?shù)装迩闆r研究的基礎(chǔ)上，為確保工作面巷道的安全生產(chǎn)，采用基礎(chǔ)支護(hù)+強(qiáng)化支護(hù)的支護(hù)方案。其中，基礎(chǔ)巷道支護(hù)所采用的支護(hù)形式為錨桿+梁+錨索；強(qiáng)化支護(hù)是在基于基礎(chǔ)支護(hù)后對其中的核心部件錨索進(jìn)行加固。除此之外，為了進(jìn)一步提升綜采工作面頂板的穩(wěn)定性，擬采用噴漿封閉的方案實(shí)現(xiàn)。

3.1 基礎(chǔ)支護(hù)方案

結(jié)合工作面巷道現(xiàn)場實(shí)際情況，采用錨桿+梁+錨固的基礎(chǔ)支護(hù)方式對其巷道進(jìn)行預(yù)加固。經(jīng)計算可知，現(xiàn)場共需布置14錨桿，且不同類型的錨桿所設(shè)計的錨桿參數(shù)也不同。其中，頂板錨桿的直徑為18 mm，長度為2 400 mm；而兩幫錨桿的直徑為16 mm，長度為2 000 mm。此外，還需為基礎(chǔ)支護(hù)方案中配置相應(yīng)的支護(hù)附件(H型鋼帶、鋼筋網(wǎng)等)提升基礎(chǔ)錨桿支護(hù)的支護(hù)效果。

與基礎(chǔ)支護(hù)方案相關(guān)的各附件及其規(guī)格參數(shù)如表1所示。

根據(jù)工作面巷道的水文、地質(zhì)以及煤層的情況，將錨桿支護(hù)中各錨桿之間的間距設(shè)定為1 000 mm，同時將錨桿的端頭采用相應(yīng)的錨固方式對其進(jìn)行加固。除此之外，錨桿還需采用樹脂藥卷對其進(jìn)行加固，并根據(jù)不同錨桿類型選用不同種類的樹脂藥卷已達(dá)到最佳的加固效果。

表1 錨桿支護(hù)附件參數(shù)統(tǒng)計表

3.2 錨索加強(qiáng)支護(hù)方案

為確?；夭上锏乐ёo(hù)效果能夠滿足實(shí)際生產(chǎn)的需求，對基礎(chǔ)支護(hù)方案中的錨索進(jìn)行加固。錨索強(qiáng)化后的頂部及兩幫的支護(hù)平面如圖1、圖2所示。

圖1 巷道頂部支護(hù)平面圖

圖2 巷道兩幫支護(hù)平面圖

如圖1、圖2所示，針對錨桿+H型鋼帶+網(wǎng)的基礎(chǔ)加固方案中對錨索進(jìn)行強(qiáng)化加固，加固后錨索的間距為3 m，即每三排錨桿布置一排錨索。為了確保實(shí)際生產(chǎn)錨索及錨桿不易脫落，將錨索采用CK2350和2根Z2350樹脂藥卷對錨索進(jìn)行過強(qiáng)化固定[4]。

基于長期應(yīng)用經(jīng)驗的積累，本方案中所采用錨索的類型為鋼絞線錨索，該錨索的相關(guān)參數(shù)如第66頁表2所示。

4 結(jié)語

綜采工作面的安全系數(shù)直接決定該工作面的產(chǎn)煤效率及作業(yè)人員的人身安全。在實(shí)際生產(chǎn)中，應(yīng)嚴(yán)格按照煤礦所處地質(zhì)、水文及煤層特點(diǎn)制定具體詳細(xì)的支護(hù)方案。同時還應(yīng)結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)中的經(jīng)驗并結(jié)合理論分析的手段對支護(hù)環(huán)節(jié)中的某個關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行加固，以提升綜采工作面的生產(chǎn)的安全性，為提升綜采工作面的采煤效率奠定扎實(shí)的基礎(chǔ)。

表2 錨索相關(guān)參數(shù)