沿空送巷支護技術優化設計研究

杜賓賓 田 強 劉尚明

（1.山東能源棗礦集團新安煤業公司，山東 濟寧 277642；2.山東科技大學礦業與安全工程學院，山東 青島 266590）

新安煤業公司為提高煤炭資源回收率，3311材料巷采用留設4m煤柱的沿空送巷技術。在目前支護方式下，巷道變形明顯，不能有效控制圍巖運動。

1 地質概況

3311材料巷掘進工作面長973m，矩形斷面毛寬為4.6m，凈寬為4.4m，巷道毛高為4m，凈高為3.65m。工作面底板標高-547.5～ -606.5m。北為3上煤風氧化帶靠近3上煤露頭，東為3309工作面采空區，南為33輔助采區軌道和膠帶下山，西為3311運輸巷及未開采區。

3煤直接頂為泥巖或砂質泥巖，其中泥巖為灰黑色，厚層狀，參差狀斷口，厚度為0.0～2.0m，平均1.2m，巖層堅固性系數f =4.77。砂質泥巖為深灰色，含砂均勻為細粉砂，厚度為1.3～4.5m，平均2.5m。巖層堅固性系數f =5.9。基本頂為細砂巖，灰色，巨厚層狀，成分以石英，長石為主，次含暗色礦物及炭屑，泥質膠結，厚度為3.4～6.7m，平均5.4m。巖層堅固性系數f =11.9。

2 巷道原支護方式

頂板采用Ф20×2400mm的高強度螺紋鋼錨桿，每排布置6根錨桿，間排距為900×900mm，其中肩窩的兩根錨桿與水平成75°夾角；巷道兩幫采用Ф20×1800mm的螺紋鋼錨桿，每幫5棵，間排距為900×900mm，頂板下第一棵錨桿距肩窩300mm，其余錨桿間距為900mm，頂板下第一排錨桿仰角15°，最下邊一排錨桿俯角15°；全斷面鋪8#菱形金屬網，規格：長×寬=5800×900mm；頂板錨桿掛錨梯，長3200mm與2400mm各1根。

頂板每隔2.7m施工一組錨索（QLMK18錨具，長度8.0m的1×7-17.8預應力鋼絞線）2根，配套使用300×300×15mm的錨索專用鐵托板。

在巷道施工200m后，依據理論分析及現場觀測，發現：

（1） 3311材料巷左側為3309采空區，回采完成3個月，上覆巖層仍在運動中；

（2） 留設煤柱為4m小煤柱，巷道處于“內外應力場”外應力場中，礦山壓力相對減弱；

（3） 巷道左側小煤柱支撐能力差，局部壓力較大，幫部錨桿盤受力變形反轉，并出現錨桿受拉破壞現象；

（4）巷道受力變形明顯，應用 “十”字測點觀測巷道變形量，幫部相對位移超過1m，底鼓明顯，頂底板移近量超過0.8m；

（5）根據安設頂板離層儀觀測數據，發現局部離層已超過50mm；

（6）煤層厚度大，留有1.5m頂煤，必須托頂煤支護。

3 巷道支護優化

為了保證巷道頂板的穩定性，支護體系應滿足下列條件：

（1）安裝應力(預應力)。錨桿支護必須有充足的安裝應力才能夠防止頂板離層和松動圈的進一步發展，盡可能的控制圍巖的早期變形。（2）錨桿的長度。錨桿的長度應保證錨固在松動圈外的穩定圍巖中。（3）錨桿的強度。錨桿的強度應保證支護系統在巷道使用期間不破壞。（4）有效性。設計的支護體系必須確保現場施工人員的安全和巷道變形能夠得到有效的控制。（5）高效性。在滿足上述安全有效性和可靠性的前提下，要盡可能增大錨桿間排距，以提高巷道掘進速度。

根據以上特點，為合理控制巷道圍巖變形，采用提高錨桿預緊力及支護單元承載能力、提高表面支護強度等方法來合理有效地控制巷道，對原有支護方式進行優化。

頂板采用Ф20×2400mm的高強度螺紋鋼錨桿，每排布置6根錨桿，間排距為900×900mm，其中肩窩的兩根錨桿與水平成75°夾角；巷道兩幫采用Ф20×2000mm的高強度螺紋鋼錨桿，每幫5棵，間排距為900×900mm，頂板下第一棵錨桿距肩窩300mm，其余錨桿間距為900mm，頂板下第一排錨桿仰角15°，最下邊一排錨桿俯角15°；全斷面鋪8#菱形金屬網，規格：長×寬=5800×900mm；頂板錨桿掛長4600mm翼型鋼帶1根。

頂板每隔2.7m施工一組錨索（QLMK22錨具，長度8.0m的1×7-21.6預應力鋼絞線）3根，配套使用300×300×15mm的錨索專用鐵托板。

為了充分發揮每根錨桿的作用，正確安裝錨桿對于有效控制頂板，減少錨桿用量，提高掘進速度都是至關重要的。合格的錨桿安裝應該使充填阻尼必須全部脫落，否則錨桿無法達到安裝載荷；塑料墊圈必須溶化并擠出；安裝扭矩頂板不低于200N·m，幫部不低于150N·m。

4 效果

通過優化支護方式，有效提高巷道支護強度，有效控制圍巖，使圍巖保持良好的穩定性，觀測發現在優化支護方式之后，巷道變形得到有效控制，兩幫相對移近量降至0.4m以內；頂底板移近量降至0.3m以內；頂板離層值低于30mm；錨桿及錨桿盤無受力破壞現象。