3502 上分層復(fù)采面巷道布置與支護(hù)設(shè)計(jì)

張懷慶

（山西陽城陽泰集團(tuán)西馮街煤業(yè)有限公司，山西 陽城 048100）

煤炭資源是不可再生的化石能源，由于歷史原因，我國曾存在著大量的小煤窯，造成了煤炭資源的肆意開采，導(dǎo)致大量優(yōu)質(zhì)煤炭資源的浪費(fèi)。隨著國家政策調(diào)整，產(chǎn)能較低的礦井實(shí)現(xiàn)整合，大型化、集約化生產(chǎn)成為煤礦企業(yè)的發(fā)展方向，小煤窯時(shí)代已經(jīng)退出了歷時(shí)舞臺(tái)[1-3]。目前，國家大力提倡對(duì)優(yōu)質(zhì)遺煤、殘煤進(jìn)行回收利用[4-6]。

1 概況

西馮街煤業(yè)屬于資源整合礦井，礦井主采3#煤層，煤層為無煙煤，屬優(yōu)質(zhì)煤種。由于整合前礦井大多采用房柱式采煤方法，造成了3#煤層優(yōu)質(zhì)資源的嚴(yán)重浪費(fèi)。為回收優(yōu)質(zhì)煤炭資源，提高礦井服務(wù)年限，計(jì)劃對(duì)西馮街煤業(yè)3#煤層進(jìn)行復(fù)采。

3#煤層賦存于山西組中下部，煤層結(jié)構(gòu)簡單，含0～2 層夾矸。井田內(nèi)煤層屬于全區(qū)穩(wěn)定可采煤層，煤層賦存穩(wěn)定，厚度5.7～5.97 m，平均厚度5.85 m，傾角在1°～5°范圍，平均傾角3°，煤層堅(jiān)固性系數(shù)3～4，屬中硬煤層。直接頂板為黑色的泥巖，厚度1.15 m，屬中等堅(jiān)硬巖石；局部有0.3 m 左右的炭質(zhì)泥巖偽頂，偽頂較松軟，開采中隨頂煤一起垮落；直接底板為黑色粉砂巖，厚度為0.5 m，層位不穩(wěn)定，有時(shí)變?yōu)槟鄮r，為中等堅(jiān)硬巖石。

2 工作面巷道布置方案

3502 上分層復(fù)采面布置在四盤區(qū)，其中，布置的回風(fēng)順槽將穿過原四盤區(qū)舊巷和采空區(qū)，如圖1。3502 上分層回風(fēng)順槽設(shè)計(jì)掘進(jìn)長度901.5 m，55～110 m 段需穿越原四盤區(qū)舊巷，144～216 m 段將穿越舊采空區(qū)，北面為膠帶大巷，東側(cè)為總回風(fēng)巷，西側(cè)為實(shí)體煤，掘巷方案如下：

（1）3502 上分層回風(fēng)順槽開口位于膠帶大巷1068 m 處，首先以方位角180°，沿3#煤層頂板挑頂1.05 m 至設(shè)計(jì)高度，然后以俯角0°41′37″掘進(jìn)45 m 至3#煤層頂板，再沿3#煤層頂板掘進(jìn)至53 m 處。其中0～6 m 段掘?qū)?.9 m，掘高2.8 m，掘進(jìn)斷面積13.72 m2，支護(hù)后凈斷面寬度4.8 m，高度2.75 m，凈斷面積13.2 m2；6～53 m 掘?qū)?.2 m，掘高2.8 m，掘進(jìn)斷面積11.76 m2，支護(hù)后凈斷面寬度4.1 m，高度2.75 m，凈斷面積為11.28 m2。

（2）順槽掘進(jìn)至53 m 處后，轉(zhuǎn)正方位角為40°，繼續(xù)沿頂板掘進(jìn)21 m，然后以俯角7°29′32″掘進(jìn)14.7 m 與軌道大巷貫通，形成行車平巷。掘進(jìn)斷面為矩形，掘?qū)?.8 m，掘高2.8 m，掘進(jìn)斷面積10.64 m2，支護(hù)后凈斷面寬3.7 m，高2.75 m，凈斷面積10.18 m2。

（3）行車平巷形成后，沿順槽繼續(xù)掘進(jìn)11 m后預(yù)計(jì)將與原四盤區(qū)舊巷貫通，貫通后對(duì)舊巷進(jìn)行壓頂、刷幫維護(hù)53.5 m 與四盤區(qū)回風(fēng)巷貫通。設(shè)計(jì)斷面為矩形斷面，掘?qū)?.8 m，掘高2.8 m，掘進(jìn)斷面積10.64 m2，支護(hù)后凈斷面寬3.7 m，高2.75 m，凈斷面積10.18 m2。

（4）與四盤區(qū)回風(fēng)巷貫通后，構(gòu)筑通風(fēng)設(shè)施，形成工作面回風(fēng)繞道，然后以方位角180°，沿3#煤層底板繼續(xù)掘進(jìn)837.5 m 停止掘進(jìn)。

（5）3502 上分層回風(fēng)順槽掘進(jìn)53～901.5 m 沿3#煤層頂板掘進(jìn)。掘進(jìn)斷面為矩形，掘?qū)?.8 m，掘高2.8 m，掘進(jìn)斷面積10.64 m2，支護(hù)后凈斷面寬3.7 m，高2.75 m，凈斷面積10.18 m2。

圖1 采掘規(guī)劃示意圖

3 巷道支護(hù)參數(shù)

3502 上分層復(fù)采面回風(fēng)順槽設(shè)計(jì)采用錨網(wǎng)索支護(hù)，如圖2、圖3、圖4 所示，具體支護(hù)參數(shù)如下。

（1）錨桿參數(shù)。3502上分層回風(fēng)順槽0～53 m段、水平車場、回風(fēng)繞道頂板及兩幫均采用螺紋鋼錨桿，頂錨桿長2.0 m，幫錨桿長1.8 m，頂錨桿間排距為0.85 m×0.9 m，幫錨桿間排距為0.8 m×0.9 m。其中，0～6 m 段每排布置14 根錨桿（頂板6 根，兩幫8 根）；6～53 m 段及回風(fēng)繞道每排布置13 根錨桿（頂板5 根，兩幫8 根）；53～901.5 m 段巷道頂板及左幫采用螺紋鋼錨桿，右?guī)筒捎貌Ａт撳^桿，頂錨桿長度2.0 m，幫錨桿中螺紋鋼錨桿長度1.8 m，玻璃鋼錨桿長度2.0 m，頂板錨桿間排距為0.85 m×0.9 m，幫錨桿間排距為0.8 m×0.9 m，每排布置13 根錨桿（頂板5 根，兩幫8 根）。頂幫錨桿直徑均為20 mm，螺紋鋼錨桿安裝的預(yù)緊力矩不低于120 N·m，錨固力不低于80 kN（28 MPa），玻璃鋼錨桿安裝的預(yù)緊力矩不低于40 N·m，錨固力不低于50 kN（18 MPa）。每根錨桿選用1 卷CK2335 和1 卷K2360的樹脂錨固劑，每排錨桿采用鋼筋梯子梁連接，選用直徑為12 mm 的鋼筋焊接而成。錨桿托盤規(guī)格為130 mm×130 mm×10 mm 的鋼托盤。

（2）錨索參數(shù)。頂板采用錨索加強(qiáng)支護(hù)，錨索直徑17.8 mm，長度7.0 m。3502 上分層回風(fēng)順槽0～6 m 段巷道采用“三三”布置（即每排布置3根錨索），間距1800 mm，排距1800 mm；6～53 m 段采用“二二”布置（即每排布置2 根錨索，錨索間距2000 mm），排距1800 mm。其余順槽采用“三花”布置，即對(duì)于任意相鄰的兩排錨索，其中一排布置一根錨索位于頂板中部，間隔的一排布置兩根錨索位于頂板兩側(cè)，間距2000 mm，排距1800 mm。每根錨索采用1 卷CK2335 和2 卷K2360 的樹脂藥卷進(jìn)行錨固，安裝預(yù)緊力不低于100 kN（30 MPa），不高于120 kN（36 MPa）。錨索托盤為300 mm×300 mm×16 mm 的方形鋼板，中心孔徑為20 mm。

（3）金屬網(wǎng)參數(shù)。3502 上分層回風(fēng)順槽、回風(fēng)繞道金屬網(wǎng)采用10＃鐵絲編織的菱形金屬網(wǎng)，網(wǎng)格尺寸50 mm×50 mm。其中3502 上分層回風(fēng)順槽0～53 m 段金屬網(wǎng)寬1070 mm，頂網(wǎng)長度4400 mm，幫網(wǎng)長度2600 mm；回風(fēng)繞道金屬網(wǎng)寬1070 mm，頂網(wǎng)長度3600 mm，幫網(wǎng)長度2600 mm。鋪設(shè)時(shí)保證每循網(wǎng)片間搭接100 mm，并用16#網(wǎng)絲每10 cm聯(lián)結(jié)一道（扭結(jié)不少于3 圈）。頂幫網(wǎng)采用對(duì)接方式連接。頂板鋼筋梯和幫部鋼筋梯搭接不小于100 mm，并用錨桿固定牢靠。

圖2 3502 上分層回風(fēng)順槽0～6 m 段巷道支護(hù)斷面

圖3 3502 上分層回風(fēng)順槽6～53 m 段巷道支護(hù)斷面

圖4 3502 上分層回風(fēng)順槽53～901.5 m 段巷道支護(hù)斷面

4 巷道圍巖控制效果

采用設(shè)計(jì)的巷道掘巷和支護(hù)設(shè)計(jì)后，在巷道掘進(jìn)期間，監(jiān)測巷道變形情況。巷道掘進(jìn)后，處于采空區(qū)影響范圍（144～216 m 段）的巷道掘進(jìn)后90 d趨于穩(wěn)定，巷道頂?shù)灼骄冃渭s276 mm，兩幫平均變形約196 mm；處于空巷影響范圍（55～110 m 段）的巷道掘進(jìn)后75 d 趨于穩(wěn)定，巷道頂?shù)灼骄冃渭s224 mm，兩幫平均變形約178 mm；處于全斷面螺紋鋼錨桿支護(hù)段的變形最小（0～53 m 段），巷道掘進(jìn)后53 d 趨于穩(wěn)定，巷道頂?shù)灼骄冃渭s為174 mm，兩幫平均變形約133 mm；其他區(qū)域，巷道掘進(jìn)后62 d 趨于穩(wěn)定，巷道頂?shù)灼骄冃瘟考s為194 mm，兩幫平均變形約155 mm。

總體看，巷道受采空區(qū)影響變形最為嚴(yán)重，其巷道穩(wěn)定時(shí)間最長，變形最大；其次是空巷影響范圍內(nèi)，巷道變形相對(duì)嚴(yán)重。為回采方便，在53～901.5 m 巷道回采幫采用玻璃鋼錨桿支護(hù)?，F(xiàn)場試驗(yàn)表明，玻璃鋼錨桿支護(hù)效果同比較差。

5 結(jié)論

西馮街煤業(yè)3#煤層遺留了大量優(yōu)質(zhì)煤炭資源，為回收優(yōu)質(zhì)煤炭資源，提高礦井服務(wù)年限，采用復(fù)采方式回收3#煤層?；诖耍O(shè)計(jì)了3502 上分層回風(fēng)順槽掘進(jìn)方案，分區(qū)域設(shè)計(jì)了巷道斷面和支護(hù)參數(shù)。巷道掘進(jìn)后，現(xiàn)場監(jiān)測變形情況表明，受采空區(qū)和空巷影響區(qū)域巷道變形較大，其中采空區(qū)影響區(qū)域變形相對(duì)劇烈。整體看，巷道變形均在可控范圍內(nèi)，表明了掘進(jìn)方案和支護(hù)參數(shù)是合理的。