龐龐塔煤礦深部強烈動壓孤島工作面巷道圍巖治理技術

李龍生

摘要：文章針對龐龐塔煤礦深部強烈動壓孤島工作面支護困難的問題，提出了一種新型支護設計方法，通過對這種新型支護設計方法的分析闡述，得出這種支護設計不僅施工工藝簡單，能加快掘進速度，而且更安全可靠。

關鍵詞：煤礦深部；強烈動壓；孤島工作面；巷道圍巖治理技術；支護設計；護巷煤柱 文獻標識碼：A

中圖分類號：TD325 文章編號：1009-2374（2015）22-0158-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.22.078

龐龐塔煤礦5#煤一采區目前只剩余5-107工作面，由于其工作面上部5-105工作面、下部5-109工作面都已回采完，該工作面為孤島工作面，根據生產銜接安排，需對5-107工作面進行開采，解放下部的9#煤層開采，確保礦井的采區銜接正常。

1 孤島工作面護巷煤柱

結合5-107工作面上下兩側的地質資料，預計5-107工作面煤層平均厚度6.2m，煤層傾角20°～24°，正巷底板標高540～550m，蓋山厚度為640～700m，副巷底板標高600～620m，蓋山厚度為600～680m，兩巷均沿底板掘進。

孤島工作面兩側礦壓顯現特征是確定護巷煤柱大小的直接依據。根據工作面開采后采空區頂板上覆巖層結構特征，建立急傾斜孤島工作面上下采空區兩側上覆巖層結構力學模型。得出以下結論：

第一，孤島工作面上下兩側工作面采空后，沿工作面傾斜方向，即沿煤層傾向，孤島工作面上下端頭兩側都形成了懸空的懸臂梁結構，上端頭形成的懸臂梁深入實體煤層的深度大于下端頭形成的懸臂梁深入實體煤層的深度，其上端頭形成的懸臂梁長度大于下端頭形成的懸臂梁長度。

第二，孤島工作面上側側向支承壓力峰值應力小于下側側向支承壓力峰值應力，但上側支承壓力峰值應力集中程度卻大于下側支承壓力峰值應力集中程度，孤島工作面上側側向支承壓力活動的范圍大于下側側向支承壓力活動的范圍。

根據急傾斜煤層孤島面兩側巖層礦壓顯現規律，利用數值計算的方法確定護巷煤柱寬度。據此得到孤島工作面兩側不同寬度煤柱應力分布狀況，見表1和

表2：

第三，孤島面下側面開采后側向支承壓力影響區域大致76m，距采空區的邊緣6m位置，達到峰值應力為29.32MPa，應力集中系數為1.82；孤島面上側105工作面回采后側向支承壓力影響區域大致99m，距采空區的邊緣7m

位置，達到峰值應力為25.98MPa，應力集中系數為1.86。

第四，孤島工作面上下兩側側向支承壓力達到峰值應力后開始逐漸衰減，但下側衰減的程度要大于上側。

第五，孤島面下端頭煤柱寬度選取20m或25m，上端頭煤柱寬度選取30m或35m，上下兩側應力數值大小相當。

根據數值計算結論，結合孤島工作面兩側圍巖的礦壓顯現規律，根據煤柱寬度選取原則，既要保證護巷煤柱及回采巷道的穩定，同時也要節約煤炭資源提高采區回采率，確定5-1071與109工作面的凈煤柱寬度選取25m，與105工作面的護巷凈煤柱寬度選取30m。

2 孤島面順槽支護設計

支護設計。5-1072巷斷面設計矩形斷面，掘進毛寬4.5m、毛高3.4m，掘進斷面15.3m2。

2.1 頂板支護

錨桿形式和規格：桿體為22#左旋無縱筋螺紋鋼筋，長度2.4m，鋼材屈服強度為500MPa，桿尾螺紋為M24，螺紋長度150mm，配高強度螺母。

錨固方式：樹脂加長錨固，采用兩支低粘度錨固劑，一支規格為K2335，另一支規格為Z2360。鉆孔直徑為30mm，錨固長度為1200mm。

托板：采用拱型高強度托盤，規格為150×150×10（8）mm，拱高不低于34mm，配調心球墊和減摩墊圈。

錨桿角度：沿頂板法線方向。

W鋼帶規格：厚度4mm，寬280mm，長度4300mm，孔間距為1000mm。

網片規格：采用8#鐵絲編織的菱形金屬網護頂，網孔規格為50×50mm，網片規格為4700×1000mm。

錨桿布置：錨桿排距900mm，每排5根錨桿，間距1000mm。

錨桿預緊扭矩：不低于400N·m。

錨索形式和規格：錨索材料為21.8mm，119股高強度低松弛預應力鋼絞線，長度5.3m，鉆孔直徑為30mm，樹脂加長錨固，采用一支K2335和兩支Z2360樹脂錨固劑，錨固長度2000mm。

錨索布置：采用每排兩根布置，排距1800mm。錨索安裝在兩排錨桿間頂板中部。用300×300×16（14）mm拱形高強錨索托板，配調心球墊。

錨索張拉預緊力：200～250kN。

2.2 巷幫支護

錨桿形式和規格：桿體為22#左旋無縱筋螺紋鋼筋，鋼材屈服強度為500MPa，長度2.4m，桿尾螺紋為M24，螺紋長度150mm，配高強度螺母。

錨固方式：樹脂端部錨固，采用一支低粘度錨固劑，規格為Z2360。鉆孔直徑為30mm，錨固長度為760mm。

托板：采用拱型高強度托盤，規格為150×150×10（8）mm，拱高不低于34mm，配調心球墊和減摩墊圈。

錨桿角度：錨桿垂直巷幫。

W鋼護板規格：厚度4mm，寬度280mm，長度450mm。

網片規格：采用4.5mm鋼筋焊接網護幫，網孔規格為60×60mm，網片規格為3300×1000mm。

錨桿布置：錨桿排距900mm，每排每幫4根錨桿，間距900mm。

錨桿預緊扭矩：不低于400N·m。

錨索形式和規格：錨索材料為21.8mm，119股高強度低松弛預應力鋼絞線，長度4.3m，鉆孔直徑為30mm，樹脂加長錨固，采用一支K2335和兩支Z2360樹脂藥卷錨固，錨固長度2000mm。

錨索布置：煤柱側幫采用每排2根布置，排距1800mm。錨索安裝在兩排錨桿中間。用300×300×16（14）mm拱形高強錨索托板，配調心球墊。

錨索張拉預緊力：200～250kN。

3 巷道表面位移監測情況

巷道表面位移監測采用十字布點法，監測內容主要包括頂底板，兩幫相對移近量及頂板下沉量。

隨著巷道的掘進，巷道內累計布置5個測點，分別記為1#、2#、3#、4#、5#。1#測點布置在距巷口300m處，2#測點布置在距巷口350m處，3#測點布置在距巷口380m處，4#測點布置在距巷口410m處，5#測點布置在距巷口500m處。

觀測期間內，1#測點兩幫移近量最大為45mm，2#測點兩幫移近量最大為30mm，3#測點兩幫移近量最大為100mm，4#測點兩幫移近量最大為0mm，5#測點兩幫移近量最大為0mm。5個測點頂底板都沒有移近量。分析數據可知，兩幫發生變形的時間主要是在巷道開掘之后50m范圍內，之后兩幫就處于比較穩定的狀態，兩幫的相對移近量不再增加。從兩幫和頂底板變形來看，兩幫最大移近量100mm，巷道表面位移較小，但兩幫局部較破碎，成型較差，應密切監測。

掘進巷道時遇見斷層，通過表面位移觀測數據，整條巷道正常地段幫部表面位移在100mm左右，過斷層段表面位移量受斷層影響較為嚴重，兩幫回縮量在300mm左右，幫部回縮主要在沿掘進方向的右手幫側。

4 結語

第一，新型支護設計不再采用鋼筋托梁，簡化了施工工藝，優選施工機具，提高了掘進速度，在成形不佳、礦壓顯現強烈的情況下，實現了較快的掘進速度，有效緩解了礦井采掘接續緊張的局面。

第二，從礦壓監測結果來看，除斷層地段，巷道頂板離層和表面位移都較小，最大兩幫變形量為100mm，在斷層巷段最大也在300mm左右，錨桿錨索支護能較好地約束圍巖。同時錨桿錨索的預應力水平設置也較為合理，錨桿錨索受力均有較大增加，但巷道圍巖變形很小。

第三，大部分巷道施工質量較好，錨桿錨索角度、預緊力等指標能較好地達到，但局部聯網未能做到孔孔相聯，錨索張拉機具初期未能達到技術要求。

參考文獻

[1] 陳登紅，華心祝，李英明.復雜條件下回采巷道圍巖控制綜合技術[J].煤炭科學技術，2010，（12）.

[2] 楊雙鎖.煤礦回采巷道圍巖控制理論探討[J].煤炭學報，2010，（11）.

[3] 華心祝，馬俊楓，許庭教.錨桿支護巷道巷旁錨索加強支護沿空留巷圍巖控制機理研究及應用[J].巖石力學與工程學報，2005，（12）.

（責任編輯：蔣建華）