下石節煤礦回采巷道支護工藝優化的成功應用

劉昌龍LIU Chang-long；胡秦濤HU Qin-tao；李文庭LI Wen-ting

（①陜西銅川礦業有限公司生產部，銅川 727110；②銅川礦業公司下石節煤礦，銅川 727101）

（①Production Department of Shccig Tong Chuan Mining Administration，Tongchuan 727110，China；②Xiashijie Coal Mine of Tongchuan Mining Company，Tongchuan 727101，China）

0 引言

下石節煤礦礦井設計生產能力90 萬噸/年，2011年核定生產能力185 萬噸/年。井田地處黃隴侏羅紀煤田焦坪礦區西南部，井田走向長4.0km，傾斜寬3.3km，面積約13.2km2。煤系地層為傾向北西的單斜構造，分屬中侏羅系直羅群及下侏羅系延安群。目前開采深度約600m 左右。煤系地層地質條件較差，地壓顯現強烈，地質災害和安全生產壓力較大。礦井布局為“一井一面”的集約化生產布局，采用綜采放頂煤的回采工藝，自然跨落法管理采空區。工作面沿主井筒兩側，分東西兩翼布置條帶式工作面。隨著礦井向深部的回采，工作面內各條回采巷道的支護問題日益嚴峻，為確保礦井的安全生產，回采巷道的支護工藝優化亟待解決。下石節煤礦通過在218 工作面灌漿巷進行支護優化的嘗試，總結出了部分技術經驗，為回采巷道支護參數的設計提供了一定的參考依據。

1 工作面回采巷道布置及支護現狀

下石節煤礦工作面布置三條主巷，運順、回順、灌漿巷及高抽巷、切眼和相關橫川等。三條主巷均布置在煤巷內，運順、回順均沿煤層底板布置；灌漿巷沿煤層頂板布置；高抽巷布置在煤層頂板之上15m 左右的巖層中；切眼和相關橫川布置在煤層中部。下石節煤礦主采煤層4-2#煤所布置的工作面傾向均為150m，走向在1400m 至2000m 之間，根據儲量的不同回采時間為1-2年不等，根據回采巷道的服務年限，下石節煤礦回采巷道多采用錨網索支護形式，支護參數為：錨桿采用規格為?20×2250mm 螺紋鋼錨桿，采用1×10m 的菱形鐵絲網，頂板每排布置3 組錨索，錨索為?15.2×6200mm 的強力鋼絞線，兩根一組的組合錨索，托梁為3m 長的12#槽鋼。工作面三條主巷，在回采期間，因受工作面的采動影響，巷道支護破壞嚴重，在工作面回采結束前，工作面三條主巷平均各有2/3 的巷道都要進行擴巷維修，剩余1/3 也需要架棚加強支護。

2 灌漿巷布置特點及支護難題

在回采巷道中，工作面的灌漿巷布置與上一個工作面的采空區之間留設30m 的煤柱，與同一個工作面的回順之間留設20m 煤柱，又因為層位布置較高，沿煤層頂板布置，在壓力顯現中，最為明顯，到工作面回采結束前，基本上巷道要全部擴巷維修一次，巷道的失修率遠遠高于其它回采巷道，因此，灌漿巷的支護問題，一直是礦回采巷道中較為突出的難題，況且，巷道經反復維修，對圍巖的穩定性是二次破壞，原留設的煤柱經擴巷維修后，達不到設計厚度，在局部圍巖裂隙較發育的區域，容易形成微漏風，造成防滅火隱患，因此形成惡性循環。下石節煤礦曾在部分區域試驗采用提高支護材料的規格實現提高支護效果的辦法來控制巷道的失修，雖然巷道的支護狀況有所改觀，但造成巷道的成本成倍增加，為有效解決以上問題，下石節煤礦嘗試在灌漿巷的支護工藝上進行優化。

3 灌漿巷支護工藝優化

支護優化整體思路為，在少量增加或不增加支護成本的前提下，對巷道支護工藝進行優化，從而提高或改善灌漿巷的支護狀況。經反復論證及相關數據分析整理，初步制定出了灌漿巷支護工藝優化方案為：支護材料規格（不做調整），錨桿規格為?20×2250mm 螺紋鋼錨桿，網采用1×10m 的菱形鐵絲網，頂板每排布置3 組錨索，錨索為?15.2×6200mm 的強力鋼絞線，兩根一組的組合錨索，托梁為3m 長的12#槽鋼。布置方式調整：增加布置幫錨索，兩幫各布置一組，排距1.5m，錨索托梁與水平面之間的夾角為58°（增加支護成本464 元/m），能有效的控制巷道幫臌；增加布置頂角錨桿，要求與巷幫成15°的夾角施工（增加支護成本120 元/m），解決了巷道拱間易于破壞變形的問題，特別是在圍巖狀況差，巷道成形不規整的巷道支護中效果最為明顯；在每排錨桿之間增加布置巷道底角錨桿，底角錨桿配用50×200×400m 木托板（增加支護成本120 元/m），增加護表面積，減少底角巷體壓酥破壞強度。增加布置的頂底角錨桿與正常布置的頂底角錨桿組成的間距為0.4 米的密集支護區，徹底消除了巷道拱間及底角的支護薄弱點，從整體上提高了支護強度。

4 實施地點的確定

根據礦井實際情況，下石節煤礦決定在新開工掘進的218 灌漿巷做試點。218 灌漿巷設計全長2000m，與216 采空區留設30m 煤柱，與218 回順留設20m 煤柱，巷道沿煤層頂板布置。設計為1/3 圓弧拱形，毛寬4.7m（凈4.5m），毛高3.6m（凈3.5m），墻高2m，斷面積14.72m2（凈13.88m2）。

5 218 工作面地質特點

5.1 地質構造 工作面整體為一單斜構造，樺樹渠背斜在該范圍基本擴散，但對煤層厚度有一定影響，工作面東部煤層傾角3-5°，中部8-10°，西部4-6°，樺樹渠背斜范圍煤層傾角較大，最大傾角可達10°以上，工作面局部可能發育小型斷裂構造。

5.2 煤層賦存情況 該工作面煤層賦存較穩定，沿走向方向煤層厚度變化較大，由東至西煤層厚度逐漸變薄，東部16-18 米左右，中部11～13 米，西部8-13 米，工作面平均煤層厚度13.42 米。煤層結構復雜，含夾矸1～4 層，不穩定。該工作面劣質煤普遍發育，平均厚度1.3 米。

5.3 煤層頂底板 直接頂板為灰-深灰色粉細砂巖,泥巖膠結，斜層理及緩波狀層理，平均厚度12.3 米。

老頂為灰白色粗砂巖，中厚層狀，平均厚度10.65 米。主要成分為長石、石英及少量云母和暗色礦物，具波狀層理，局部含油，泥質膠結，局部相變為細、粉砂巖。

直接底板為炭質泥巖，片狀、松散、破碎，其下為根土巖，灰褐色泥巖，塊狀，破碎，平均厚度4.2 米。花斑泥巖，為灰紫色、紫雜色泥 團塊狀、含鋁質，平均厚度4.7 米。

6 實施情況及經濟比較

在218 灌漿巷施工前，集中對施工隊伍進行培訓學習，為嚴格按設計意圖施工做好了鋪墊。從218 灌漿巷開口掘進起，嚴格按優化后的支護設計參數對巷道進行支護，施工期間未對支護造成明顯的破壞，在218 工作面回采期間，巷道壓力有所顯現，巷道底臌較為嚴重，巷道局部出現幫臌及頂板下沉現象，在對幫臌及頂板下沉嚴重的區域進行架設木棚加固維護后，便基本上保證了巷道支護安全（因架棚木料可回收復用，不增加支護成本）。原灌漿巷每年的支護成本為1908 元/m，維修人工機械材料費用平均4368 元/m（其中，僅人工機械費為2460 元/m），自采用優化設計參數的支護形式后，僅投入了初次支護成本2612 元/米，218 灌漿巷2000m 巷道，截止工作面回采結束，巷道維修成本節約了3664 元/米，已節約總資金732.8萬元。

7 推廣前景

下石節煤礦所采用的此種優化方案，大大降低了二次維修成本，且降低了巷道反復維修造成的圍巖破壞，提高了煤柱的穩定性。下石節煤礦在回采巷道支護中，通過對218 灌漿巷的支護工藝優化，所取得的成功，為回采巷道的支護提供了一個新思路，在礦井回采巷道的支護變革中，必將得到成功的推廣應用。

[1]葛春貴.回采巷道支護設計決策系統的設計與實現[J].安徽科技，2009(03).

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