山西某礦60105 工作面回風順槽支護技術研究

趙 巖

（山西焦煤西山煤電馬蘭礦， 山西 太原 030205）

1 60105 工作面回風順槽概況

60105 工作面回風順槽，巷道長度1 014 m，煤層總厚1.2 m，煤層傾角3°～6°，巷道掘進前方為實體煤，巷道南側為6 號一采區(qū)上山，巷道西側180 m 為60105 運輸順槽（未開掘），巷道東側20 m 為60101運輸順槽，工作面為單斜構造。煤層結構簡單，一般含1 層夾矸，夾矸厚度0.2 m 左右。煤層平均厚度1.2 m。煤層直接頂板為泥巖、砂質泥巖、砂巖，老頂為太原組L5 石灰?guī)r，呈青灰至深灰色，節(jié)理發(fā)育，層理清晰；底板為泥巖，呈灰色，局部有砂質泥巖，巖性較脆，遇水有軟化跡象。掘進工作面6 號煤層直接頂板主要為泥巖、砂質泥巖、砂巖，厚度平均3.8 m；老頂為石灰?guī)r，厚度2.8 m，直接頂泥巖抗壓強度為28～28.8 MPa，抗拉強度0.9～1.2 MPa，屬堅硬巖石。底板為泥巖、砂質泥巖或中細粉砂巖，底板泥巖極限抗壓強度為48～53.6 MPa，抗拉強度為2.1～3.0 MPa，屬堅硬巖石。掘進過程中遇煤層、頂板破碎帶時，要加強頂板支護，防止冒頂事故發(fā)生[1-4]。

根據(jù)6 號一采區(qū)上山和60101 工作面掘進揭露地質情況，預計有1 條落差大于0.5 m 的正斷層，斷層附近煤層頂板較破碎，所以在掘進期間過斷層、裂隙發(fā)育帶時應加強順槽超前支護和前期維護；密切觀察工作面頂板情況，預防頂板冒落及透水災害的發(fā)生。

2 巷道布置

60101 運輸順槽材料繞道組裝好綜掘機，60105回風順槽施工計劃沿60101 運輸順槽材料繞道方向繼續(xù)掘進17.3 m（預計坡度-4°～50°）后以346°方位角掘進30 m（平掘），再以方位角76°（與回風順槽垂直）掘進10 m 與60101 運輸順槽貫通，60105 回風順槽通風系統(tǒng)形成。

2.1 巷道斷面特征

根據(jù)巷道用途、圍巖層位特征、安全設施設備安裝與檢修、巷道交叉情況及服務年限，綜合考慮通風、行人、設備運輸?shù)囊?，本著安全、經濟合理的原則，設計巷道斷面形狀為矩形斷面。

2.1.1 巷道斷面計算

巷道凈寬度采用式（1）計算：

式中：B 為巷道凈寬度，mm；a1為非行人側輸送機中線到巷道墻之間的距離，mm；皮帶最外邊沿距巷道壁≥500 mm 規(guī)定，取a1最小值為1 050 mm；c1為人行側輸送機中線距離巷道墻之間的距離，按單軌吊掘進期間平板車最大寬度1 400 mm，膠帶輸送機及單軌吊最外邊沿距平板車間距≥500 mm 規(guī)定，并考慮巷道一側安裝各類管線的要求200 mm，取c1最小值為3150mm。經計算，回風順槽最小寬度應大于4200mm。

巷道凈高度采用式（2）計算：

式中：H 為巷道凈高度，mm；h1為從底板到頂梁的巷道高度，對于材料順槽巷道，該數(shù)值等于設備與最大件運輸設備至頂板之間距離之和，其中考慮運輸液壓支架時的最大高度（含平板車）取1 800 mm，單軌吊連接端與頂板之間距離500 mm，h1取2 300 mm；h2為平板車高度，取320 mm；h3為從巷道底板到平板車高度，取50mm。經計算，材料順槽最小高度應≥2670mm。

2.1.2 風速及最小巷道斷面積驗算

根據(jù)煤礦安全規(guī)程中工作面進回風巷最小風速0.25 m/s 和最大風速4 m/s，結合工作面配風量24 m3/s，則巷道斷面積S 應為96 m2≥S≥6 m2。

上述計算值滿足風速驗算要求，均按最小計算值計算其面積Smin=9.8 m2。

綜合以上，60105 回風順槽斷面寬×高為4 500 mm×2 700 mm 合理，如圖1 所示。

圖1 支護斷面圖（單位：mm）

2.2 支護方式及參數(shù)

2.2.1 永久支護參數(shù)

1）保護煤柱線內巷道全段采用錨網(wǎng)噴+錨索補強支護。

2）保護煤柱線以西巷道全段采用錨網(wǎng)索支護。

3）巷道各開口處均采用4 000 mm×14 號三眼槽鋼+錨索鎖口加強支護，順槽開口、轉彎、貫通時，鎖口錨索支護不得少于5 m；各硐室開口時，在硐室開口線外0.2 m 處支護一排鎖口錨索進行鎖口，鎖口范圍需向兩側超過硐室開口范圍5 m。

2.2.2 永久支護材料規(guī)格

采用Φ20×2 000 mm 左旋螺紋鋼錨桿開口段頂幫支護，配套使用扭矩螺母緊固。開口掘至50 m 后改為頂部和右?guī)筒捎忙?0×2 000 mm 左旋螺紋鋼錨桿和配套加厚螺母和鋼托盤，鋪設菱形12 號鉛絲網(wǎng)。左幫采用MGSL20/1800F 全螺紋式樹脂錨桿等強螺紋鋼式樹脂錨桿，鋪設鐵絲網(wǎng)后，使用配套扭矩螺母和樹脂托盤緊固。頂部采用用Φ12 mm×4 300 mm 的鋼筋焊接, 幫部采用Φ12 mm×2 500 mm 的鋼筋焊接。選用Φ17.8×6 300 mm 鋼絞線錨索，270 mm×270 mm×16 mm 方托片及配套鎖具。錨固劑采用CK2340和Z2360 樹脂錨固劑。網(wǎng)片采用菱形12 號鉛絲網(wǎng)，搭接長度100 mm。綁絲采用16 號鐵絲用于網(wǎng)片和鋼帶之間、網(wǎng)片之間的搭接捆綁。巷道施工保護煤柱線以內所有巷道需進行噴射混凝土支護，噴射混凝土強度為C20，選用P.032.5 普通硅酸鹽水泥，速凝劑摻加量為水泥質量的3%～4%，沙為純凈的河沙，石子過篩，將粒徑大于10 mm 的石子控制在20%以下，并用水沖洗干凈，噴漿厚度大于100 mm。

3 支護工藝

3.1 臨時支護

護頂裝置規(guī)格：前探梁采用兩根4.2 m 長的3 寸鋼管，每根前探梁用專用吊環(huán)2 個固定于永久支護的錨桿上，用兩塊長×寬×厚=3 000 mm×150 mm×50 mm 的優(yōu)質松木木板進行臨時護頂，用大木楔絞頂。

支護步驟：斷面切割成形后，將掘進機退出工作面10 m，停電并閉鎖其隔離開關，蓋好炮頭防護罩。前移前探梁，將前探梁竄入空頂區(qū)，然后將絞頂木板放到前探梁上，用大木楔絞實、背緊。

控頂距離：圍巖穩(wěn)定最大控頂距2.0 m，最小控頂距0.4 m，圍巖破碎時支護緊跟迎頭。

3.2 安裝頂錨桿

采用MQT-130/2.8 s 錨桿鉆機、Φ28 mm 鉆頭、B-IP 系列可接長鉆桿打眼，從靠近紅外線的一根錨桿位置向兩幫擴展施工頂錨桿眼，打眼深度為2100mm，施工打眼時，錨桿機必須垂直放平、固定墊穩(wěn)。打眼施工完成后送樹脂錨固劑，使用CK2340 型樹脂錨固劑和Z2360 型樹脂錨固劑各1 個，向錨桿眼內裝入，錨固劑裝好后，用錨桿推入孔底壓實。攪拌樹脂錨固劑，連接套將鉆機與錨桿銷螺母進行連接，后升起鉆機,緩慢推送錨桿至孔底后，停止升鉆機，攪拌20～35 s后停機。15～20 min 后，進行掛網(wǎng)、安裝托盤緊固錨桿施工，使用力矩扳手進行檢查，緊固力不小于100 N·m。金屬網(wǎng)鋪設要求平整、拉緊、貼頂、不留網(wǎng)包，錨桿露出螺母長度10～50 mm；錨固力90 kN。

3.3 安裝幫錨桿

對巷道兩幫進行施工修整，先修整兩幫上部防止巷道片幫，兩幫上部成型后進行打眼，安裝上部兩排錨桿，上部安裝后再安裝下部錨桿。運用YT28 氣腿式鑿巖機配合使用2.0 m 的煤巖鉆桿打眼，打眼時抖動鉆桿排凈轉孔內的雜物。向錨桿眼內推入CK2340型樹脂錨固劑和Z2360 型樹脂錨固劑各1 支，用錨桿緩慢地推入鉆孔孔底。用連接套將風鉆與錨桿銷螺母進行連接后，送入到錨桿孔底，攪拌充分（20～30 s）后停機撤鉆。15～20 min 后進行掛網(wǎng)，施工安裝托板并緊固錨桿，用力矩扳手檢查緊固力，螺紋鋼錨桿緊固力大于100 N·m，樹脂錨桿緊固力大于40 N·m 為宜。金屬網(wǎng)鋪設要求平整、拉緊、貼幫、不留網(wǎng)包錨桿露出螺母長度10～50 mm，錨固力70 kN。

3.4 安裝錨索

錨索孔施工，按巷道中心線拉線定位，采用錨桿鉆機打眼施工。使用樹脂錨固劑，向錨索孔眼推入CK2340 型樹脂錨固劑1 支、Z2360 型樹脂錨固劑2支，用鋼絞線平穩(wěn)將錨固劑推入孔底。攪拌樹脂錨固劑，連接套將錨桿鉆機與鋼絞線連接后，升起錨桿鉆機將鋼絞線推至孔底壓實，充分攪拌30～40 s 后停機，等待2～4 min 收機撤鉆。上鎖具，用錨索鎖具鎖緊槽鋼固定在錨索上。錨索露出鎖具長度150～250 mm之間，符合施工要求，錨固力為200 kN。

4 過斷層施工

巷道在施工過程中如遇斷層、破碎帶、頂板破碎、巖層不穩(wěn)定時，最大截割距離為0.8 m，即截割一排停機，打一排錨桿（索）再進行截割，每截割一排打一排錨桿（索），如此循環(huán)進行。遇斷層、破碎帶、頂板破碎、巖層不穩(wěn)定等地段時，及時變更頂板錨桿、錨索的間排距，錨桿根據(jù)巷道頂板實際情況進行調整，頂板錨索變更間排距為1.6 m、0.8 m。必要時采用有效的超前支護，當錨索支護失效時，采用錨網(wǎng)支護+鋼棚支護方式。

5 結語

山西某礦60105 回風順槽，頂板泥巖容易破碎，多層分布，局部可能有小的斷裂構造及圍巖層位特征。設計了矩形巷道，通過采用錨網(wǎng)噴+錨索補強支護的方式。取得了較好的應用效果，為采掘銜接提供了安全保障。實現(xiàn)了礦井安全、高效、經濟合理的生產。