沙坪煤礦1815回撤巷道支護(hù)優(yōu)化設(shè)計(jì)

穆效治

（山西晉神能源有限公司沙坪煤礦，山西忻州034000）

煤礦開掘巷道在掘進(jìn)施工前應(yīng)當(dāng)對(duì)巷道上覆巖層的地質(zhì)條件與巖性進(jìn)行探查分析，查清巖層的性質(zhì)與巖層厚度，同時(shí)，可通過鉆孔鉆進(jìn)取芯的方法，實(shí)測其硬度系數(shù)，為后期支護(hù)提供理論依據(jù)[1-3]。一般情況下，我國煤礦對(duì)于巷道支護(hù)主要采取主動(dòng)支護(hù)、被動(dòng)支護(hù)和復(fù)合型支護(hù)三種形式，依據(jù)不同巖層的穩(wěn)定性與巖石硬度，可因地制宜地選取不同形式的支護(hù)方式，以求達(dá)到最經(jīng)濟(jì)可靠的效果。其中，主動(dòng)支護(hù)可通過打設(shè)錨桿、錨索對(duì)頂板進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)；被動(dòng)支護(hù)主要通過架設(shè)梯形棚或U 型鋼棚來實(shí)現(xiàn)頂板支護(hù)；近年來多數(shù)煤礦普遍適用推廣復(fù)合型支護(hù)方式，即依靠錨網(wǎng)索配合架棚的方式來延長巷道的使用周期，提高頂板圍巖支護(hù)強(qiáng)度，創(chuàng)造安全施工的作業(yè)環(huán)境。

1 工作面概況

沙坪煤礦主要開采煤層以8#下煤層為主，與其上部相鄰的8#上煤層為近距離煤層。1815工作面順槽為礦井在施工巷道，布置主輔回撤巷道為工作面采閉后回撤設(shè)備支架等服務(wù)使用，由于上部8#上煤層已回采結(jié)束，設(shè)計(jì)兩條主輔回撤巷道位于8#上煤層遺留煤柱下方，沿8#下煤層底板掘進(jìn)。1815 工作面8#上、下煤層層間距0.6～4.4m，平均巖層厚度為2.8m，工作面設(shè)計(jì)走向長度239.7m，對(duì)應(yīng)地面標(biāo)高1055～1095m，底板標(biāo)高890～910m，煤層埋深約160～250m。1815 工作面范圍對(duì)應(yīng)上覆8#上煤層18205和18207工作面的采空區(qū)，考慮到地面沉降影響和盡量多回收煤炭資源，主輔回撤巷道計(jì)劃布置在18207 采空區(qū)和18206 采空區(qū)之間的煤柱下方，預(yù)留煤柱最寬處88m，最窄處68m，主輔回撤巷道之間的凈煤柱留設(shè)20m?？紤]到上部采空區(qū)采閉后動(dòng)壓尚不穩(wěn)定及預(yù)留薄煤柱的支撐強(qiáng)度影響，預(yù)計(jì)工作面在掘進(jìn)期間可能面對(duì)應(yīng)力狀態(tài)較高、巷幫成型較差的管理問題。因此，為了加強(qiáng)工程質(zhì)量管理，確保施工安全，需要對(duì)1815主輔回撤巷道掘進(jìn)層位進(jìn)行合理布置與優(yōu)化設(shè)計(jì)，1815主輔回撤巷道布置示意圖如圖1所示。

圖1 1815主輔回撤通道布置示意圖

2 煤層頂?shù)装鍘r性

根據(jù)初期地面物探資料顯示，1815工作面回采、掘進(jìn)范圍內(nèi)構(gòu)造簡單，無大型褶皺及斷層，在局部裂隙密集發(fā)育和小斷層發(fā)育地段，需要調(diào)整支護(hù)方式為短掘短支，補(bǔ)強(qiáng)巷道支護(hù)。煤巖層情況：8#下煤層厚度3.6～5.0m，平均厚度4.2m。1815 工作面區(qū)域8#下煤層厚度4.5～5.1m，煤結(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)定夾矸1 層，處于煤層中下部，巖性為白色泥巖，厚度0.1～0.2m。煤層穩(wěn)定，內(nèi)生裂隙較為發(fā)育，一般為半亮型煤，次為半暗型煤，局部出現(xiàn)暗淡型煤。

8#上、下煤層層間距為0.6～4.4m，平均2.8m，為8#下煤層直接頂，巖性為泥巖，呈黑灰色、致密、具泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，斷口平坦。向上為8#上煤層，平均厚度4m；8#上煤層頂板為砂巖，厚度7.6m；砂巖層上為7#煤，厚度0.5m；7#煤頂板仍為砂巖。直接底為泥巖，呈灰黑色、性脆、致密、具貝殼狀斷口、含星散狀黃鐵礦，產(chǎn)植物化石，厚度2.8m。

3 圍巖強(qiáng)度實(shí)測分析

為準(zhǔn)確掌握8#下煤層的地應(yīng)力分布情況，利用類比法，根據(jù)1815工作面回撤巷道相鄰工作面的1812主回撤巷道應(yīng)力測站觀測數(shù)據(jù)顯示，1#測站最大水平主應(yīng)力為5.65MPa，最小水平主應(yīng)力為2.98MPa，垂直應(yīng)力為2.7MPa。根據(jù)應(yīng)力判斷標(biāo)準(zhǔn)劃分：0～10MPa 為低應(yīng)力區(qū)，10～18MPa為中等應(yīng)力區(qū)，18～30MPa為高應(yīng)力區(qū)，大于30MPa 為超高應(yīng)力區(qū)[2]。結(jié)合測站實(shí)測應(yīng)力數(shù)值得出結(jié)論，1815 回撤巷道設(shè)計(jì)布置區(qū)域地應(yīng)力場在量值上屬于低應(yīng)力區(qū)。2019 年7 月，沙坪礦在1815 膠運(yùn)順槽400m 處進(jìn)行了頂幫巖層強(qiáng)度測試和結(jié)構(gòu)窺視，從窺視結(jié)果分析得出結(jié)論：

（1）頂板0～2m為8#下煤層，完整性較好。

（2）2.0～4.9m 為 8#上、下煤層間巖層，層間距2.9m，完整性較好。

（3）4.9～9m為8#上煤層，厚4.1m，完整性較好。

（4）9～12m為砂巖，完整性較好。

除此之外，通過對(duì)巷道頂幫強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)測試，收集數(shù)據(jù)后繪制強(qiáng)度分布圖，如圖2、圖3所示。

圖2 1815膠運(yùn)頂板巖層強(qiáng)度分布圖

由圖2 可知：8#下煤層直接頂即8#上、下煤層預(yù)計(jì)層間巖層強(qiáng)度為38.99MPa，8#上煤層強(qiáng)度為22.98MPa；由圖3可知：8#下煤層強(qiáng)度為22.62MPa。通過分析：

（1）頂板錨索設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡可能穿過8#上煤層，錨固在質(zhì)地較堅(jiān)硬的砂巖中，以便減少頂板移近下沉量；

（2）8#上、下煤層間巖層單軸抗壓強(qiáng)度為38.99MPa，強(qiáng)度較高，有利于錨桿預(yù)緊力和支護(hù)阻力的擴(kuò)散，結(jié)合圍巖窺視結(jié)果分析，該巖層自身承載能力好，有利于保持巷道頂板穩(wěn)定；

圖3 1815膠運(yùn)幫部煤體強(qiáng)度分布圖

（3）經(jīng)過現(xiàn)場查看，8#下煤層應(yīng)力集中時(shí)容易片幫，幫部支護(hù)需加強(qiáng)，特別是主回撤通道回采幫部出現(xiàn)較嚴(yán)重片幫現(xiàn)象，受到側(cè)幫壓力較大。

4 支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)

通過對(duì)圍巖支護(hù)強(qiáng)度的影響因素詳細(xì)分析，可進(jìn)一步提出有效措施加強(qiáng)支護(hù)強(qiáng)度。為了減少施工難度，選定1815主輔回撤巷道設(shè)計(jì)斷面均為矩形，主輔回撤巷道均沿8#下組煤底板掘進(jìn)，設(shè)計(jì)巷道掘進(jìn)寬度5.5m，高度3.6m。通過類比方法，將原掘進(jìn)相鄰工作面的礦壓應(yīng)力監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并通過布置測點(diǎn)，在回采期間持續(xù)觀察巷道支護(hù)的頂幫位移移近量，以及動(dòng)壓觀測結(jié)果，對(duì)1815 主輔回撤巷道支護(hù)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，與原支護(hù)方案相比，頂板錨桿長度由2500mm 增加到3100mm，錨索長度由7900mm 增加到8300mm，兩幫錨桿長度由2000mm增加到2500mm，同時(shí)也加大支護(hù)密度和錨固力，從而起到更加牢固的懸頂固幫效果。巷道支護(hù)斷面圖如圖4所示。

圖4 巷道支護(hù)斷面圖（單位：mm）

5 結(jié)論

（1）通過對(duì)8#煤上下煤層及頂?shù)装鍘r性的探查分析，確定了其賦存厚度及堅(jiān)硬程度，便于明確巷道布置掘進(jìn)層位的確定，以及錨桿錨索終孔錨固位置的確定。

（2）對(duì)圍巖強(qiáng)度經(jīng)過相鄰巷道經(jīng)驗(yàn)值的比對(duì)，以及巷道實(shí)測觀察數(shù)據(jù)結(jié)果的分析，有效掌握了圍巖強(qiáng)度的量值，有助于了解煤巖層的完成性和應(yīng)力場分布規(guī)律，為巷道設(shè)計(jì)提供理論指導(dǎo)意見。

（3）按照優(yōu)化后設(shè)計(jì)進(jìn)行掘進(jìn)期間，需增設(shè)觀測點(diǎn)，隨時(shí)收集巷道動(dòng)壓、應(yīng)力、移近量等參數(shù)變化情況，及時(shí)做出調(diào)整，以確保巷道掘進(jìn)的安全施工，減少片幫離層對(duì)巷道支護(hù)的影響，提高巷道使用周期，減少巷修工程量。