2305 厚煤層工作面回采巷道小煤柱護(hù)巷技術(shù)研究

李文濤

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)長治三元中能煤業(yè)有限公司，山西 長治 046000）

巷道圍巖穩(wěn)定性控制的基本途徑是降低巷道圍巖應(yīng)力和選取合理的支護(hù)方式[1-2]。目前小煤柱護(hù)巷主要通過強(qiáng)支護(hù)措施來控制圍巖的大變形[3-5]。長治三元中能煤業(yè)有限公司區(qū)段煤柱留設(shè)25 m（凈煤柱）不利于提高煤炭資源采收率，2305 工作面回風(fēng)順槽采用8 m 小煤柱護(hù)巷，為提高小煤柱護(hù)巷煤圍巖穩(wěn)定，提出切頂卸壓+錨網(wǎng)索支護(hù)方式控制圍巖。

1 工程概況

2305 回風(fēng)順槽掘進(jìn)工作面北距東常村和寨上村的保安煤柱邊界約14.23 m，西為實(shí)體煤，南開口段位于南郭村下方，連接西翼軌道大巷、西翼皮帶大巷、西翼回風(fēng)大巷，東為2303 工作面采空區(qū)，如圖1 所示。2305 回采工作面回風(fēng)順槽沿3 號煤層頂板掘進(jìn)，留設(shè)煤柱寬8 m，巷道設(shè)計(jì)掘進(jìn)長度1700 m，掘進(jìn)寬度5.6 m，掘進(jìn)高度3.8 m，毛斷面積21.28 m2。3 號煤厚6.29 m，巖性參數(shù)見表1。

表1 頂?shù)装鍘r性

圖1 2305 回采工作面回風(fēng)順槽布置圖

2 圍巖支護(hù)設(shè)計(jì)

2305 回風(fēng)順槽圍巖支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)綜合采用理論分析、工程類比法確定，支護(hù)斷面如圖2。

圖2 巷道支護(hù)斷面（mm）

2.1 頂板支護(hù)

2.1.1 頂錨桿

頂錨桿為MSGLW-400/22/2400 螺紋鋼錨桿，規(guī)格Φ22 mm×2400 mm，用兩支錨固劑（MSK2335、MSZ2360）錨固，錨固長度1675 mm， 間 排 距850 mm×900 mm， 每 排7 根 錨桿，兩側(cè)錨桿與巷幫間距均為250 mm 且均外插15°。預(yù)先施加的預(yù)緊力300 N·m 以上，配合用拱形托盤，規(guī)格150 mm×150 mm×10 mm，拱高不得小于36 mm。

菱形網(wǎng)用10#鐵絲編制，網(wǎng)5800 mm×1000 mm，網(wǎng)孔50 mm×50 mm；鋼筋托梁用16#圓鋼焊制，規(guī)格為長5300 mm，寬80 mm，鋼筋托梁上焊接7 個(gè)80 mm×80 mm 的方孔安裝錨桿，方孔間距850 mm，兩端方孔距端頭100 mm。

2.1.2 頂錨索

錨索為Φ21.6 mm×7300 mm 鋼絞線，采用“3-2-3”布置，排距為900 m。每排2 根、3 根的錨索間距分別為2000 mm、1500 mm，距巷幫分別為1800 mm、1300 mm，錨索垂直頂板布置在巷道中部。錨索施加預(yù)緊力在200 kN 以上，托板用300 mm×300 mm×16 mm 可調(diào)心托板。

2.2 巷幫支護(hù)

巷幫錨桿規(guī)格及錨固與頂板錨桿一致，巷幫每幫5 根錨桿，間排距850 mm×900 mm，靠近頂?shù)装邋^桿均有15°外插角，其他錨桿垂直巷幫。幫錨桿預(yù)緊力矩不小于300 N·m，用拱形托盤+ W鋼護(hù)幫；W 鋼護(hù)板規(guī)格為BHW280-3.0-400（400 mm×280 mm×3.0 mm）兩邊壓棱。

護(hù)幫菱形網(wǎng)用10#鐵絲編制，菱形網(wǎng)型號為：3800 mm×1000 mm，網(wǎng)孔50 mm×50 mm，鋼筋托梁用14#圓鋼焊制，長3600 mm、寬80 mm，鋼筋托梁上焊接5 個(gè)80 mm×80 mm 的方孔安裝錨桿，方孔間距850 mm，兩端方孔距端頭100 mm。

幫錨索補(bǔ)強(qiáng)布置在采空區(qū)一側(cè)巷幫（小煤柱幫）。錨索為Φ21.6 mm×4300 mm（1×7股）鋼絞線，直徑21.6 mm，長度4300 mm，規(guī)格為MS-Φ21.6-1-4300 mm。采用三支錨固劑（一支MSK2335，兩支規(guī)MSZ2360），錨固長度為1921 mm，排距900 mm。錨索預(yù)緊力不小于100 kN。

3 留巷段頂板預(yù)裂爆破

2305 回風(fēng)順槽采用8 m 小煤柱護(hù)巷，巷幫及頂板位移量大，為降低鄰近采空區(qū)側(cè)向應(yīng)力影響，采用切頂預(yù)裂爆破切斷巷道與鄰近采空區(qū)頂板應(yīng)力傳遞路徑。

3.1 主要爆破材料

（1）炸藥。炸藥為三級煤礦許用乳化炸藥，藥卷規(guī)格為Φ35 mm×300 mm，300 g/卷。

（2）雷管及腳線。煤礦許用8#電雷管（瞬發(fā)或同一段），每根聚能管內(nèi)的最下端藥卷插入一根雷管，腳線采用爆破母線。

（3）聚能管。為提高裝藥效率和爆破效果，裝藥時(shí)采用抗靜電阻燃的聚能管，本次采用“O”形聚能管，如圖3。本次深孔預(yù)裂爆破選用單根長度為1 m 的聚能管。在巷道切頂巖層主要為細(xì)粒砂巖、粉砂巖和石灰?guī)r，依據(jù)深孔預(yù)裂爆破理論及經(jīng)驗(yàn)確定聚能管外徑尺寸46 mm，內(nèi)徑尺寸35 mm，鉆孔直徑60 mm。

圖3 “O”型聚能管結(jié)構(gòu)

（4）發(fā)爆器。采用BF-200 型發(fā)爆器。

3.2 爆破參數(shù)

（1）炮孔直徑?？紤]爆破效果、施工機(jī)具以及鉆眼工程量等因素，依據(jù)深孔預(yù)裂爆破理論及經(jīng)驗(yàn)確定預(yù)裂爆破的炮孔直徑為60 mm。

（2）炮孔深度。炮孔深度為20 m。

（3）炮孔間距。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)初定炮孔間距1 m，最終通過現(xiàn)場試驗(yàn)效果再調(diào)整。

（4）封孔長度。封孔長度大于孔深30%。裝藥后采用一卷水炮泥（或水沙袋）消焰，剩余炮孔全部采用黃沙、黃泥作為封孔材料進(jìn)行封孔封泥，長度確定為6.0 m。預(yù)裂爆破設(shè)計(jì)參數(shù)匯總見表2。

表2 頂板預(yù)裂爆破設(shè)計(jì)參數(shù)匯總表

3.3 炮孔布置方式

切頂卸壓炮孔布置在2303 運(yùn)輸順槽外幫。炮孔距離外幫200 mm 的位置，孔間距暫定1.0 m，炮孔直徑Φ60 mm，深度20 m，炮孔與頂板垂直，間距1 m，編號分別為1～400。炮孔布置如圖4。炮孔用ZDY1900L 鉆機(jī)鉆進(jìn)，并配備Φ42 mm 鉆桿，鉆頭Φ60 mm。

圖4 巷道內(nèi)炮孔布置圖（m）

3.4 裝藥結(jié)構(gòu)及爆破方式

頂板切頂爆破采用“O”型聚能管不耦合裝藥，管外徑尺寸46 mm，內(nèi)徑尺寸35 mm，長度2 m，每米裝藥量為1.0 kg，煤礦許用8#雷管（瞬發(fā)或同段位）起爆。具體工藝流程如下：

（1）首先將聚能管的扣蓋打開，將炸藥按要求放入管體中，可在聚能管兩端（或一端）放入限位裝置防止炸藥移動。

（2）為防止盲炮出現(xiàn)，每根聚能管內(nèi)的最下端藥卷插入一發(fā)煤礦許用8#雷管（瞬發(fā)或同段位），同時(shí)蓋上聚能管蓋板。

（3）聚能管內(nèi)雷管采用串聯(lián)連接，炮孔和炮孔之間采用串聯(lián)連線。

（4）聚能管裝入炮孔中，其兩端的聚能槽（聚能管內(nèi)兩個(gè)對稱小三角形方向?yàn)榫勰懿鄯较颍┭叵锏莱室粭l直線。

（5）將聚能管安裝到位后，再安裝水沙袋，最后用炮泥封孔，封泥長度不得小于6.0 m。

采用正向裝藥，多雷管引爆方式，每孔裝藥量為14 kg，雷管14 發(fā)，結(jié)構(gòu)如圖5。每孔內(nèi)安裝7根聚能管，聚能管用專用連接件連接，定位器固定。將聚能管安裝到位后，再用炮泥封孔，封泥長度暫定為6 m。

圖5 炮孔裝藥結(jié)構(gòu)

4 圍巖支護(hù)效果分析

2305 回風(fēng)順槽每隔50 m 布置一個(gè)測站，在頂?shù)装?、兩幫均布置測點(diǎn)，測點(diǎn)在開挖后12 h 內(nèi)埋設(shè)。巷道距掘進(jìn)工作面50 m 內(nèi)和回采工作面50 m 內(nèi)每天觀測次數(shù)不少于 1 次，超過此范圍觀測頻度可為每周1 次。如頂板離層或圍巖變形及錨桿（索）等礦壓顯現(xiàn)有明顯增大，則視情況增加觀測次數(shù)。如果遇到聯(lián)絡(luò)巷、構(gòu)造、圍巖破碎等特殊情況，加大觀測密度和頻次。通過圍巖變形監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，2305 回風(fēng)順槽8 m 煤柱護(hù)巷，采用錨網(wǎng)索支護(hù)方案并通過切頂卸壓降低巷道圍巖應(yīng)力集中程度后，巷道圍巖變形量整體較小，其中頂?shù)装?、巷幫最大位移量分別為350 mm、290 mm，圍巖變形不影響巷道使用及安全。

5 結(jié)語

2305 回風(fēng)順槽留巷8 m 護(hù)巷小煤柱，巷道圍巖控制面臨側(cè)圍巖應(yīng)力集中、巷幫變形量大以及頂板下沉嚴(yán)重等問題。依據(jù)現(xiàn)場情況，采用工程類比法確定圍巖支護(hù)方案，并通過適當(dāng)縮小錨桿索支護(hù)間距、提高預(yù)緊力等方式增強(qiáng)圍巖控制效果。為降低側(cè)向應(yīng)力影響，提出采用切頂卸壓方式切斷采空區(qū)頂板應(yīng)力傳遞路徑，并依據(jù)現(xiàn)場情況對切頂方案進(jìn)行設(shè)計(jì)。

現(xiàn)場應(yīng)用后，2305 回風(fēng)順槽圍巖變形嚴(yán)重問題得以有效解決，現(xiàn)場監(jiān)測發(fā)現(xiàn)頂?shù)装?、巷幫最大位移量整體較小。