綜采工作面沿空送巷支護(hù)設(shè)計(jì)與實(shí)踐應(yīng)用

田學(xué)春

（棗莊市金莊生建煤礦，山東 滕州 277522）

1 工程概況

金莊煤礦3209 綜采工作面開采3 煤，煤層厚度為3.0～8.5 m，平均厚度為3.6 m，傾角為10°～28°，平均傾角為26°。3209 工作面內(nèi)分布落差2～5 m 不等的斷層構(gòu)造，3209 軌道巷沿空送巷與3207 采空區(qū)設(shè)計(jì)凈煤柱4.5 m。煤層頂板多為砂質(zhì)泥巖，底板為砂質(zhì)泥巖。3209 軌道巷沿空掘巷設(shè)計(jì)凈高3800 mm，上凈寬4800 mm，下凈寬5200 mm。巷道埋藏深度659～706 m，屬高應(yīng)力復(fù)雜條件巷道，采掘期間受動(dòng)壓影響極易產(chǎn)生大變形。掘進(jìn)一個(gè)月內(nèi)圍巖移近量900～1600 mm 不等，出現(xiàn)頂板下沉、支護(hù)失效、形成網(wǎng)兜等礦壓顯現(xiàn)，巷道不同程度被破壞。工作面位置如圖1。

圖1 3209 工作面平面位置示意圖

2 沿空送巷礦壓顯現(xiàn)分析

（1）沿空送巷頂板砂質(zhì)泥巖性質(zhì)變差。3209軌道巷煤層頂板為平均4.5 m 厚度的砂質(zhì)泥巖，直接底為4 m 厚的泥巖，如圖2。經(jīng)歷相鄰采空區(qū)劇烈采動(dòng)影響后，采空區(qū)邊緣的煤柱處于松散破碎狀態(tài)，頂板圍巖控制維護(hù)難度較大。

圖2 3209 工作面煤層頂?shù)装逯鶢顖D

（2）沿空送巷兩幫煤體穩(wěn)定性較弱。煤柱區(qū)域?qū)嶓w煤在復(fù)雜應(yīng)力場(chǎng)作用下，需要承載垂直載荷作用和上覆巖層大結(jié)構(gòu)彎曲變形過程中水平擠壓力，局部煤體就會(huì)失穩(wěn)破碎[1]。

（3）沿空送巷現(xiàn)有支護(hù)體系強(qiáng)度偏弱。3209軌道巷采用錨網(wǎng)索帶聯(lián)合支護(hù)，W 型鋼帶配合規(guī)格Φ20 mm×2000 mm 錨桿支護(hù)，間排距900 mm×900 mm，頂板施工雙排Φ17.8 mm×5000 mm 錨索，間排距1800 mm×1800 mm，支護(hù)頂板強(qiáng)度不夠。

3 掘進(jìn)和回采支護(hù)設(shè)計(jì)

3.1 掘進(jìn)支護(hù)設(shè)計(jì)

頂部：采用Φ22 mm×2400 mm 的KMG500 左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，每排6 棵，間距850 mm，凈高3800 mm，上凈寬4800 mm，下凈寬5200 mm，配合使用厚10 mm、寬140 mm、4800 mm 長的梯形鋼帶。

幫部：實(shí)體煤段采用規(guī)格Φ22 mm×2500 mm的KMG500 左旋無縱筋全螺紋錨桿，沿空段采用Φ22 mm×3000 mm 的KMG500 左旋無縱筋全螺紋錨桿。每幫5 棵錨桿，間距800 mm，配合使用規(guī)格150 mm×150 mm×10 mm 碟形托盤及厚10 mm、寬140 mm 的梯形鋼帶，如圖3。

圖3 3209 軌道巷掘進(jìn)支護(hù)斷面示意圖

頂部錨索：與18#B 槽鋼配合使用形成錨索梁，每根錨索梁施工3 根錨索，槽鋼長3.4 m，排距1.6 m。

幫部錨索：與18#B 槽鋼配合使用形成錨索梁，每根錨索梁施工3 根錨索，槽鋼錨索梁長3.0 m，排距1.6 m。

煤實(shí)體側(cè)：上部選用規(guī)格Φ22 mm×8000 mm錨索，按40°向頂板傾斜施工，中部選用規(guī)格為Φ22 mm×6200 mm 錨索，按5°向上傾斜施工，下部選用Φ22 mm×6200 mm 錨索，按30°向底板傾斜施工。

煤沿空側(cè)：上部錨索選用Φ22 mm×8000 mm錨索，按40°向頂板傾斜施工；中部選用Φ22 mm×3500 mm 錨索，按5°向上傾斜施工；下部選用Φ22 mm×6200 mm 錨索，按30°向底板傾斜施工。3209 軌道巷頂板和幫部掘進(jìn)支護(hù)示意圖如圖4。

圖4 3209 軌道巷頂板和幫部掘進(jìn)支護(hù)示意圖

3.2 支護(hù)強(qiáng)度驗(yàn)算

頂板支護(hù)從安全可靠角度出發(fā)，理論驗(yàn)算時(shí)必須驗(yàn)算3209 軌道巷最大支護(hù)強(qiáng)度，頂板最大可能冒落高度下每米巷道的巖石重量為[3]：

式中：B為巷道寬度，B=5.4 m；h為頂板的最大可能冒落高度，取9 m；y為巖石容重，結(jié)合3下煤層頂板實(shí)際情況，y=25 kN/m3。

為保證支護(hù)的有效性，理論驗(yàn)算時(shí)暫時(shí)不考慮頂板錨桿及其他輔助支護(hù)，則每米巷道錨索的支護(hù)力為：

式中：N為每排（控頂距0.8 m）安裝的錨索數(shù)量，N=7；P為Φ21.6 mm 鋼絞線錨索的最大錨固力，p=350 kN；η為錨索破斷力利用系數(shù)，η=0.8；s為排距，s=0.8 m。

掘進(jìn)過程中若不考慮錨桿的懸吊力，全部頂板外載由錨索單獨(dú)承擔(dān)，錨索懸吊支護(hù)的安全系數(shù)為

經(jīng)過驗(yàn)算，3209 軌道巷采用錨網(wǎng)索帶聯(lián)合支護(hù)，能夠滿足支護(hù)要求。考慮到該區(qū)域大部有斷層破碎帶，為確保安全，巷道超前增加支撐式支護(hù)。

3.3 回采超前支護(hù)設(shè)計(jì)

工作面回采前，提前在超前支護(hù)段范圍以外敷設(shè)金屬網(wǎng)，然后施工傾向29U 型鋼錨索梁，間距1.0±0.1 m。為防止順槽支架距離煤壁太近被壓死，自煤壁向外約5～15 m 范圍內(nèi)，在29U 型鋼錨索梁下支設(shè)單體液壓支柱支護(hù)頂板，每排不少于一梁三柱。

單體液壓支柱向外采用雙排ZD2500/18/42 框架連鎖履帶超前液壓支架支護(hù)頂板，距離約60 m。順槽支架以外在錨索29U 型鋼下安裝一排墩柱式液壓支架[4]，使沿空巷道總支護(hù)距離不少于120 m，如圖5。

圖5 3209 軌道巷超前支護(hù)示意圖

4 效果檢驗(yàn)

在施工U 型鋼梁巷道區(qū)域，巷道圍巖變形量明顯較小，其中超前支承應(yīng)力影響范圍內(nèi)，在距離煤壁10～20 m 距離時(shí)，圍巖兩幫移進(jìn)量最大值僅為456 mm。經(jīng)過優(yōu)化掘進(jìn)支護(hù)斷面和加強(qiáng)頂板支護(hù)后，巷道圍巖移近量明顯減少?，F(xiàn)場(chǎng)勘查，巷道破壞程度顯著降低，圍巖移近量小于500 mm，具體見表1。

表1 3209 軌道巷1 號(hào)測(cè)點(diǎn)圍巖變形統(tǒng)計(jì)表

5 結(jié)語

沿空送巷掘進(jìn)時(shí)，充分考慮到采動(dòng)影響范圍大、圍巖性質(zhì)裂隙以及煤柱穩(wěn)定性差等因素，提出了頂板以高預(yù)應(yīng)力錨索配合錨桿、鋼帶、鋼筋網(wǎng)支護(hù)，實(shí)體幫部采用錨網(wǎng)索帶聯(lián)合支護(hù)，沿空側(cè)采用加長錨桿配合索網(wǎng)帶加強(qiáng)支護(hù)，沿空送巷圍巖得到有效控制。

綜采工作面回采過程中，在超前支護(hù)區(qū)范圍內(nèi)采用29U 型鋼梁配合單體棚、履帶式超前液壓支架、墩柱式液壓支架等聯(lián)合支護(hù)，在頂板一定量下沉過程中起到有力支撐作用，從而確保巷道圍巖變形相對(duì)較小，取得較好成效。