西銘礦12513工作面皮帶順槽支護技術

李志海

（西山煤電股份有限公司西銘礦，山西 太原 030052）

·技術經驗·

西銘礦12513工作面皮帶順槽支護技術

李志海

（西山煤電股份有限公司西銘礦，山西 太原 030052）

以西銘礦南五采區12513工作面皮帶巷為工程背景，提出了下部煤層巷道同向內錯布置方式，并分析了其優勢。在地質力學測試分析基礎上，根據預應力錨桿支護設計原則，給出了合理的支護參數，并通過長期礦壓觀測，驗證了其合理性，研究成果為類似工作面支護提供了參考。

同向內錯；地質力學分析；錨桿支護；礦壓觀測

1 工程地質概況

西山煤電股份公司西銘礦現主要開采02#、2#、8#煤層，12513工作面主要開采2#煤層，平均厚度2．11 m，其上部的02#煤平均厚度2．31 m，煤層結構簡單。2#煤層傾角為1°～10°，平均4°，老頂為中粒砂巖，厚度在3．1 m左右，灰白色，致密堅硬，成分以石英為主，下部緩波狀層理發育，頂面局部發育1層厚0．3 m的砂質泥巖；直接頂為粉砂質泥巖，厚度為0．8～3．75 m，平均厚度為2．65 m，灰色或灰白色，水平層理發育；直接底為粉砂巖，厚度為0．65～1．35 m，灰黑色，塊狀結構，含植物根莖化石；老底為粗粒砂巖，平均厚度為7．85 m，灰白色，粗粒，成分以石英、長石為主，局部含燧石和煤粒，上細下粗。

工作面地質構造簡單，預計巷道掘進正常涌水量3 m3／h，最大涌水量25 m3／h。工作面絕對瓦斯涌出量為10．5 m3／min，相對瓦斯涌出量為2．64 m3／t。

周邊開采情況：02#煤中與12513工作面位置上下對應的10513工作面2012年開始回采，現已回采完畢，工作面上部巖層仍處于運動期間，對下部2#煤掘進支護有影響，特別是臨近其煤柱附近掘進巷道影響很大。12513工作面皮帶巷與其相鄰工作面回采完畢，皮帶巷布置位置距相鄰工作面采空區間隔27 m，相鄰工作面開采引起的上覆巖層持續活動對其掘巷有一定影響。

2 下部煤層巷道同向內錯布置

近距煤層采用分層逐層開采，上部煤層開采完畢后，下部煤層巷道布置通常有3種方式，見圖1。

圖1 反向內錯布置方式示意圖

1）重疊布置。2）外錯布置。3）內錯布置。而煤礦生產實踐中，基于礦壓理論多采用內錯方式。實際上，內錯布置下部煤層巷道都是相對上部煤層同一工作面方位布置的。兩條順槽相向布置在同一工作面采空區下方，見圖1。該種布置方式的優點是下部煤層巷道位于上部煤層采空區下方，處于應力降低區，圍巖受力小，巷道易于維護；缺點是相鄰工作面煤柱留設大，煤炭資源損失大［1-2］。假如把下部煤層工作面兩條順槽內錯到上部煤層兩個不同工作面采空區下方，即兩條順槽沿相同的方向內錯，見圖2。

圖2 同向內錯布置方式示意圖

通過改變兩順槽內錯布置方位，采用同向布置方式，解決了反向內錯存在的弊端，而且巷道方位靈活性更大，優勢更加顯著，具體表現在：

1）相向布置把下部煤層兩條順槽布置在上部煤層兩個不同采空區下方，兩條順槽都位于低應力區，降低巷道開挖支護難度，易于維護。

2）下部煤層工作面間煤柱留設不受上部煤層開采的制約，解放了下部煤層開采合理部署，避免了因煤柱留設過大造成的煤炭損失。

3）下部煤層巷道內錯距大小更加靈活，可以采取較大的錯距避開上部煤層殘留煤柱集中應力傳遞和擴散對其的影響。

4）下部煤層開采煤柱留設可大大縮小其寬度，甚至可以采用留設窄煤柱護巷的方式，能提高煤炭回收率，實現煤炭資源的合理可持續開采。

因此，12513工作面順槽采用同向內錯布置方式。

3 試驗巷道地質力學測試評估

為給巷道設計提供理論依據，在南五采區2#煤層布置了地質力學測試測點，對試驗巷道進行地質評估，具體位置見圖3。

圖3 測站位置布置示意圖

主要采用頂板鉆孔窺視對頂板結構進行分析，對不同深度頂板圍巖強度進行測量，采用小孔徑水壓致裂法對地應力進行了現場實測。

綜合以上測試分析結果，對試驗巷道地質狀況評估如下：

1）巷道圍巖結構分析表明，試驗巷道皮帶巷頂板巖層結構完整，影響頂板離層的裂隙、層理等弱構造面不發育，非常有利頂板穩定。

2）巷道圍巖強度分析同樣表明，圍巖結構與圍巖強度具有高度吻合性，圍巖強度受到圍巖結構影響顯著，總體而言，試驗巷道皮帶巷圍巖強度波動范圍小，穩定性良好，巷道開掘支護影響小。

3）2#煤層屬于中等偏下松軟煤層，試驗巷道皮帶巷開掘過程可能出現片幫問題，需要加強兩煤幫的支護強度。

4）地應力分析表明，地應力大小對巷道圍巖穩定影響程度很小，而試驗巷道皮帶巷沿最佳方位布置，非常有利于巷道穩定。

總之，內在因素對巷道穩定影響小，只要支護形式與參數選擇合理，預應力水平設置得當，能夠確保巷道穩定。

4 工作面皮帶順槽支護設計

4．1 巷道支護設計原則［3-6］

1）一次支護原則：錨桿支護應盡量一次支護就能有效控制圍巖變形，避免二次或多次支護。2）高預應力和預應力擴散原則：預應力是錨桿支護中的關鍵因素，是區別錨桿支護為被動支護或主動支護的參數，只有高預應力的錨桿支護才是真正的主動支護，才能充分發揮錨桿支護的作用。3）“三高一低”原則：即高強度、高剛度、高可靠性與低支護密度原則。4）相互匹配原則：錨桿各構件，包括托板、螺母、鋼帶等的參數與力學性能應相互匹配，錨桿與錨索的參數與力學性能應相互匹配，以最大限度地發揮錨桿支護的整體支護作用。

4．2 支護參數

考慮到現場生產需求，巷道采用樹脂全長錨固錨桿錨索組合支護系統。設計南五采區12513工作面皮帶順槽掘進斷面形狀為矩形，尺寸：寬4．2 m，高2．5 m。

1）頂板支護：錨桿桿體為20#左旋無縱筋螺紋鋼筋，長度2．0 m，桿尾螺紋為M22，螺紋長度不小于100 mm；采用1支規格為CK2380和1支規格為K2360錨固劑加長錨固；W鋼帶護頂，鋼帶規格：厚度3 mm，寬280 mm，長度3 800mm；錨桿垂直頂板打設；護頂鐵絲網網孔規格50 mm×50 mm，網片規格4 400 mm×1 000 mm；錨桿排距1 000 mm，每排5根錨桿，間距900 mm，其預緊力矩≥300 N·m。同時每3 000mm打2根錨索，錨索間距1 800mm，垂直頂板巖層，錨索材料為d17．8 mm，1×7股高強度低松弛預應力鋼絞線，長度5 300 mm，采用300 mm×300 mm×16mm高強度可調心托板，采用1支CK2380和2支K2360低黏度樹脂藥卷錨固，錨索預緊力不低于150 kN。

2）兩幫支護：錨桿桿體為20#左旋無縱筋螺紋鋼筋，長度2．0 m，桿尾螺紋為M22，螺紋長度不小于100 mm。錨桿排距1 000 mm，每排每幫2根錨桿，間距1 000 mm；1支規格為K2360錨固劑加長錨固；W鋼帶護板護幫，鋼帶厚度3 mm，寬280 mm，長度400 mm；托盤采用拱型高強度托盤，規格為130 mm×130 mm×10 mm，承載能力不低于180 kN；采用菱形金屬網護幫，網孔規格50 mm×50 mm，網片規格1 800 mm×1 000 mm，錨桿垂直巷幫打設，錨桿預緊力矩≥300 N·m。

4．3 礦壓觀測分析

通過1#測站的監測數據可以發現，巷道兩幫的最大變形量為42 mm，頂底板的變形量為80 mm。由于底板浮煤的影響，使得底板鼓起量的測量會產生較大的誤差，就頂板的下沉量而言，巷道的頂板最大下沉量為22 mm，兩個測量斷面的平均下沉量為19 mm。而且從總體來看，巷道的變形量主要集中在掘進工作面50 m范圍內，超過此范圍，巷道的變形量趨于穩定。

1#測站斷面巷道位移量示意圖見圖4。

圖4 1#測站斷面巷道位移量示意圖

5 結 論

通過對同向內錯型巷道布置方式的優勢分析，并經過長期的礦壓觀測，驗證了其合理性，得出南五采區12513皮帶巷運用此巷道布置方式是完全滿足要求的，可為類似工作面支護提供參考。

［1］ 陳炎光，陸士良，徐永圻．中國煤礦巷道圍巖控制［M］．徐州：中國礦業大學出版社，1994：18-27．

［2］ 杜計平，蘇景春．煤礦深井開采的礦壓顯現及控制［M］．徐州：中國礦業大學出版社，2000：4．

［3］ 康洪普，王金華．煤巷錨桿支護理論與成套技術［M］．北京：煤炭工業出版社，2007：36-70．

［4］ 趙一鳴，張 農，闞甲廣，等．深井松散煤巷超高強預應力組合錨桿支護技術［J］．西安科技大學學報，2008，28（2）：222-225．

［5］ 張 農，高明仕．煤巷高強預應力錨桿支護技術與應用［J］．中國礦業大學學報，2004（9）：524-527．

［6］ 侯朝炯，郭勵生，勾攀峰．煤巷錨桿支護［M］．徐州：中國礦業大學出版社，1999：9-20．

Belt Transportation Roadway Supporting Technology of 12513 Mining Face in Ximing Coal Mine

Li Zhi-hai

Takes 12513 mining face belt roadway of south fifth mining area in Ximing coal mine as the engineering background，puts forward inward staggered arrangement in same side in the lower coal seam roadway，and analyzes their advantages．Based on the analysis of geological mechanics test，according to the principle of prestressed bolting support design，the reasonable support parameters are given，and through the mine pressure observation for a long time，its rationality is verified．The research result provides reference for the similar working face support．

Inward staggered arrangement in same side；Geological mechanics analysis；Bolt support；Mine pressure observation

TD353

B

1672-0652（2013）10-0038-03

2013-07-17

李志海（1968—），男，山西交城人，1990年畢業于大同大學，工程師，主要從事煤礦安全生產管理工作（E-mail）sxtyask＠126．com