成莊礦15 號煤回采巷道支護(hù)技術(shù)研究

王勝濤

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)晉城煤炭事業(yè)部晟泰公司，山西 晉城 048000）

晉能控股煤業(yè)集團(tuán)成莊礦主采3 號煤，3 號煤可采儲量為243.18 Mt[1]。為實(shí)現(xiàn)礦井可持續(xù)長遠(yuǎn)發(fā)展，成莊礦計(jì)劃將3 號煤與下組煤15 號煤進(jìn)行配采。為了保證15 號煤層的正常安全回采，須對15號煤層的巷道支護(hù)進(jìn)行研究[1-4]。因此，對15 號煤層地應(yīng)力和圍巖強(qiáng)度進(jìn)行測試，依據(jù)測試結(jié)果設(shè)計(jì)15 號煤層工作面回采巷道的支護(hù)方案。

1 概況

成莊礦首采XV1307 工作面煤層均厚3.68 m，普氏硬度為2～3，煤層傾角最大5°，最小1°，平均頃角3°。煤層頂板上距K2 石灰?guī)r0～2.50 m，平均0.68 m，距K1 砂巖0～25.80 m，平均12.34 m；底板為泥巖，局部為粉砂巖?；夭上锏腊础岸M(jìn)二回”布置，XV13071 巷、 XV13072 巷、 XV13073巷、 XV13074 巷及XV1307 工作面切眼均為新掘巷道，沿15 號煤層頂板掘進(jìn)，其中XV13074 巷為15號煤層支護(hù)研究的試驗(yàn)巷道。

2 地應(yīng)力和圍巖強(qiáng)度測試

（1）地應(yīng)力測試

本次測試在XV1307 工作面區(qū)域布置了兩個(gè)測點(diǎn)：第一測點(diǎn)位于XV13073 巷170 m 處，測點(diǎn)埋深319 m，頂板上方為3 號煤層采空區(qū)；第二測點(diǎn)位于XV13074 巷1040 m 處，測點(diǎn)埋深279 m，頂板上方為3 號煤層采空區(qū)。測點(diǎn)具體位置如圖1。

圖1 地質(zhì)力學(xué)測站位置示意圖

通過地應(yīng)力測量，并對測試結(jié)果進(jìn)行計(jì)算，結(jié)合相關(guān)地質(zhì)資料綜合分析得到：第一測點(diǎn)最大水平主應(yīng)力為11.94 MPa，最小水平主應(yīng)力為6.22 MPa，垂直應(yīng)力為7.37 MPa；第二測點(diǎn)最大水平主應(yīng)力為11.40 MPa，最小水平主應(yīng)力為6.18 MPa，垂直應(yīng)力為6.53 MPa。兩個(gè)測點(diǎn)最大水平主應(yīng)力均大于垂直主應(yīng)力，最小水平主應(yīng)力為最小主應(yīng)力，應(yīng)力場類型為σH＞σV＞σh型應(yīng)力場[2]，初步判斷測試區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力占優(yōu)勢，水平主應(yīng)力為最大主應(yīng)力。兩個(gè)測點(diǎn)最大水平主應(yīng)力方向分別為N40.7°W、N32.8°，最大水平主應(yīng)力方向一致性較好。

（2）圍巖強(qiáng)度測試

鉆孔觸探法是一種比較適合煤礦井下巷道圍巖強(qiáng)度的測量方法，開發(fā)了WQCZ-56 型小孔徑井下巷道圍巖強(qiáng)度測定裝置，該裝置采用小直徑鉆孔（56 mm），可在井下進(jìn)行快速、大面積圍巖強(qiáng)度測量[3-4]。

通過對兩個(gè)測點(diǎn)進(jìn)行巖體強(qiáng)度原位測試，對測試結(jié)果進(jìn)行整理和計(jì)算可得：

第一測點(diǎn)頂板0～9.5 m 為石灰?guī)r，厚層狀，致密、堅(jiān)硬，巖層強(qiáng)度平均111.34 MPa；9.5～10.0 m 為粉砂巖，灰黑色，致密，巖層強(qiáng)度平均77.44 MPa。第二測點(diǎn)頂板以上0～9.0 m 為石灰?guī)r，致密，堅(jiān)硬，巖層強(qiáng)度平均110.67 MPa；9.0～10.0 m 為粉砂巖，灰黑色，巖層強(qiáng)度平均80.06 MPa。

3 XV13074 巷支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)

以XV13074 巷作為15 號煤層回采巷道支護(hù)技術(shù)研究的試驗(yàn)巷道。依據(jù)地應(yīng)力測試和圍巖強(qiáng)度測試結(jié)果，巷道支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)如下：

（1）頂板支護(hù)

錨桿采用MSGLW-500 鋼材，桿體為Φ22 mm左旋無縱筋螺紋鋼筋，長度2400 mm，桿尾螺紋為M24 mm。錨桿排距1400 mm，每排4 根錨桿，錨桿間距1400 mm，距頂角400 mm 布置，垂直頂板打設(shè)，要求預(yù)緊力矩不低于300 N·m，不超過400 N·m。采用兩支樹脂錨固劑，一支規(guī)格為MSK2335，另一支規(guī)格為MSZ2360。鉆孔直徑30 mm，錨固長度1208 mm，錨固力不低于120 kN。錨桿托板為規(guī)格150 mm×150 mm×10 mm 的高強(qiáng)度拱形托板。

錨索為1×19 股SKP22-1/1860-5300 鋼絞線，直徑22 mm，長5300 mm。錨索排距2800 mm，每排打設(shè)一根錨索，居中布置，距兩幫2500 mm 處打設(shè)。錨索托盤為300 mm×300 mm×16 mm 的高強(qiáng)度拱形托板。采用三支錨固劑，一支MSK2335，兩支MSZ2360。鉆孔直徑30 mm，錨固長度1930 mm，預(yù)緊力損失后不小于200 kN。鋼筋托梁采用直徑14 mm 圓鋼焊接而成，寬度為80 mm，長4500 mm，規(guī)格為Φ14-4500-80-4。網(wǎng)片采用10#鍍鋅鐵絲編制金屬網(wǎng)護(hù)頂，網(wǎng)孔50 mm×50 mm。

（2）巷幫支護(hù)

非回采側(cè)：錨桿采用MSGLW-500 鋼材，桿體為Φ22 mm 左旋無縱筋螺紋鋼筋，長度2000 m，桿尾螺紋為M22 mm。錨桿排距1200 mm，每排3根錨桿，錨桿間距1200 mm，距頂角550 mm 布置，垂直煤幫打設(shè)，要求預(yù)緊力矩不低于300 N·m，不超過400 N·m。采用兩支樹脂錨固劑，一支規(guī)格為MSK2335，另一支規(guī)格為MSZ2360。鉆孔直徑30 mm，錨固長度1208 mm，錨固力不小于120 kN。錨桿托板為150 mm×150 mm×10 mm 的高強(qiáng)度拱形托板。采用10#鍍鋅鐵絲編制金屬網(wǎng)加W 鋼護(hù)板護(hù)表，網(wǎng)片規(guī)格為3500 mm×1400 mm，鋼護(hù)板規(guī)格280 mm×400 mm×4 mm。

回采側(cè)：錨桿采用玻璃鋼錨桿，桿體直徑為20 mm，長度2000 m。錨桿排距1200 mm，每排3根錨桿，錨桿間距1200 mm，距頂角550 mm 布置，垂直煤幫打設(shè)，要求預(yù)緊力矩不低于40 N·m。采用兩支樹脂錨固劑，一支規(guī)格為MSK2335，另一支規(guī)格為MSZ2360。鉆孔直徑30 mm，錨固長度1005 mm，錨固力不小于70 kN。錨桿托板為Φ10 mm 的圓形玻璃鋼配套托板。采用3500 mm×1400 mm 塑料網(wǎng)加W 鋼護(hù)板護(hù)表，鋼護(hù)板規(guī)格280 mm×400 mm×4 mm。具體支護(hù)參數(shù)如圖2。

圖2 XV13074 巷道支護(hù)參數(shù)（mm）

4 支護(hù)效果

為了驗(yàn)證支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)的現(xiàn)場試驗(yàn)效果，采用十字布點(diǎn)法在XV13074 巷安設(shè)表面位移監(jiān)測站，巷道圍巖掘進(jìn)期間表面位移監(jiān)測曲線如圖3。

圖3 XV13074 巷掘進(jìn)期間表面位移監(jiān)測曲線

由監(jiān)測曲線可知：XV13074 巷掘進(jìn)期間巷道兩幫移近量最大為38 mm，頂板沉降量16 mm。巷道兩幫收縮量、頂板沉降量不大，巷道圍巖完整性良好。測站處離層儀顯示淺部和深部離層數(shù)值均為0，說明巷道圍巖變形控制效果較好，在錨桿索支護(hù)范圍內(nèi)圍巖保持穩(wěn)定，沒有發(fā)生新的擴(kuò)容不協(xié)調(diào)變形，巷道支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)合理可靠。

5 結(jié)論

通過地應(yīng)力測試和圍巖強(qiáng)度測試得到了成莊礦15 號煤XV1307 工作面地質(zhì)力學(xué)參數(shù)，依據(jù)地質(zhì)力學(xué)參數(shù)對工作面回采巷道XV13074 巷進(jìn)行了初始支護(hù)方案設(shè)計(jì)。現(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)果表明，巷道兩幫收縮量、頂板沉降量不大，巷道圍巖完整性良好，15 號煤回采巷道的支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)合理可靠，為后續(xù)成莊礦15號煤回采巷道支護(hù)設(shè)計(jì)提供了參考。