綜放工作面回風順槽受二次采動影響支護技術

王軍偉

（山西陽泉煤業（集團）有限責任公司 五礦，山西 陽泉 045209）

1 工程概況

山西陽泉煤業（集團）有限責任公司五礦井田面積為6.5027 km2，采用主斜井、副立井綜合開拓，生產規模為0.9 Mt/a，屬低瓦斯礦井。井田地質構造簡單，總體為一走向近南北、傾向西的單斜，地層傾角2°～11°。井田內共含3層主要可采煤層，分別為3上、3下、15-3號煤層，其中3#煤層已采空，2009年兼并重組整合后，礦井主要進行了15-3號煤層的回采，15-3號煤層屬于自燃煤層，煤塵有爆炸危險性。

礦井劃分為一個水平，標高為+800 m；15-3號煤層劃分為兩個采區，采煤方法為長壁式開采，回采工藝為綜采一次采全高，全部垮落法管理頂板。

15-3號煤層位于太原組下段中部，上距3下號煤層平均104.55 m，下距K1砂巖頂9.23 m，為全區穩定可采煤層。煤層厚度2.65～3.98 m，平均厚度為3.46 m。煤層結構簡單，一般含1～2層夾矸。

15-3號煤層的頂底板為泥巖、砂質泥巖。泥巖抗壓強度為21.2～26.8 MPa，平均為23.6 MPa，抗拉強度為0.5～0.8 MPa，平均為0.65 MPa，屬較軟巖石；砂質泥巖抗壓強度為32.8～36.8 MPa，平均為35.3 MPa，抗拉強度為1.0～1.5 MPa，平均為1.25 MPa，屬中硬巖石。

2 礦井采掘情況與采動巷道圍巖變形情況

礦井以兩個工作面達產，分別為15113和15112工作面；現有四個掘進工作面，分別為15115工作面運輸和回風順槽以及15114工作面運輸和回風順槽（見圖1）。由于礦井接替的原因，15115和15114工作面回風順槽都不可避免的受到上一個工作面和自身工作面兩次采動影響，因此，巷道變形較為明顯，特別是礦井西翼工作面，采用的工字鋼支護均會在鄰近工作面回采過程中就出現頂梁彎曲、兩棚腿內移變形現象，嚴重威脅這礦井的安全生產。

為保證15號煤開采煤層巷道的安全使用和工作面的安全開采，對受二次采動影響回風順槽巷道的支護方式進行合理確定和巷道支護參數進行專門設計，確保井下巷道的安全使用和工作面的安全開采[1]。

圖1 工作面回風順槽與周圍巷道相對位置關系

3 回風順槽錨桿、錨索支護參數設計

西翼回風順槽毛寬3500mm，毛高3000mm，回風順槽錨桿、錨索支護見圖2。在圍巖破碎嚴重段采用U型鋼支架+錨網索組合支護。

頂板布置5根錨桿，間距800mm；兩幫各布置4根錨桿，間距為850mm，錨桿排距參照間距確定為1000mm。因受鄰近工作面二次采動影響回風順槽巷道兩幫變形嚴重，圍巖破碎，巷道頂板也出現下沉，在支護設計中頂板錨桿角度：兩頂角處錨桿分別向外傾斜10°，其余錨桿均垂直頂板布置來控制頂板兩邊角下沉量，兩幫錨桿角度：布置時頂角和底角處錨桿分別向頂、底傾斜15°，其它錨桿均垂直兩幫布置來控制巷道兩幫變形量[2]。其中具體支護參數為：

3.1 頂板錨桿

采用左旋螺紋鋼高強錨桿規格為Φ20mm×2000mm，匹配規格120mm×120mm×10mm高強螺母與高強拱形托盤。打鉆時候孔直徑為28mm，藥卷規格為K2335和Z2360，巷道頂板配以金屬網與鋼筋梯子梁來進行輔助支護，頂部梯子梁有效長度是3500mm，規格Φ14mm的鋼筋自行加工；巷道頂板金屬網型號是3500mm×1100mm使用菱形網來匹配，相鄰之間網搭接大約100mm，用鐵絲進行聯結。施工時候錨桿預緊力矩要確保大于300 N·m，錨桿的錨固力大于100 kN。

3.2 兩幫錨桿

煤柱側幫確定用左旋螺紋鋼高強錨桿，錨桿鋼材屈服強度不小于335 MPa，錨桿型號是Φ20mm×2000mm；匹配規格120mm×120mm×10mm高強螺母與高強拱形托盤。打鉆時候孔直徑是28mm，每孔放置型號是K2335與Z2360各1支樹脂藥卷。梯子梁采用Φ14mm的鋼筋自行制作（梯子梁鋼筋比頂板稍細），長度為3000mm，兩端封閉；巷道兩幫金屬網型號確定為3000mm×1100mm用加工成的菱形網，相鄰網之間搭接大約100mm，用鐵絲來進行連結。煤柱側錨桿預緊力矩應大于300 N·m。

3.3 頂板錨索

確定用Φ17.8mm×6300mm的1×7股的高強錨索，錨索的有效長度為6.0 m，排距為2.0 m，錨索間距1.6 m，錨索一排布置2根。施工時候錨索用型號一支K2335，兩支Z23603卷樹脂藥卷來進行錨固劑錨固，在錨索錨固端1300mm地方加擋圈，有效錨固長度約是1400mm。錨索托盤匹配300mm×300mm×12mm的高強平托盤，施工時錨索預緊力應≥200 kN。錨索設計錨固力大于300 kN[3]。

圖2 回風順槽錨桿、錨索支護

4 現場工業性實驗

4.1 頂底板及兩幫位移監測

為了系統檢查巷道錨桿支護工作情況，實時監測巷道變形狀況，從而確定巷道的穩定程度，采取適當的處理措施。上個工作面回采完，成采空區并且巷道穩定后，本工作面進行回采。根據現場圍巖變形情況在回風順槽開口往里100 m處布置一個測站，間隔70 m布置第2個測站，觀測點應在巷道掘出后及時布設，在巷道監測中如果遇到問題，需要及時和工作人員溝通反映情況。

4.2 監測結果及分析

通過對測站的巷道表面變形量進行監測，匯總測站的觀測數據，測站圍巖隨時間位移量（見圖3），圍巖隨時間變形速率（見圖4）。

通過圖4可看出，巷道兩幫和頂底板的移近速度最大時候在監測的前11 d內，圖3中巷道兩幫前10 d移近量為110mm左右內，在此后的第11～28 d之間巷道兩幫移近速度開始逐漸放緩，巷道兩幫移近量最終穩定在120mm左右；巷道頂底板移近量最終穩定在180mm左右[4]。

圖3 測站圍巖隨時間位移量

圖4 圍巖隨時間變形速率

5 結語

現場監測結果表明巷道圍巖變形量下降并且巷道圍巖變形速度在30d內逐漸趨于穩定，受二次采動影響回風順槽圍巖變形得到有效控制，說明采用U型鋼支架+錨網索組合支護方案支護效果較好。控制了圍巖的進一步破壞，達到了預期的效果，滿足了礦井巷道保持長期穩定的要求[5]。

〔1〕樊正興，謝文兵.采動影響下煤層上山巷道支護技術[J/OL].煤炭科學技術，2012，40（1）：12-15.

〔2〕張科學，劉向增，郭 坤，等.采動影響下回采巷道底鼓控制技術[J].煤礦安全，2011，42（7）：65-68.

〔3〕馮江兵，張科學，路希偉，等.采動影響下回采巷道底鼓機理及實用性技術研究[J].煤炭技術，2011，30（3）：68-70.

〔4〕趙 磊，吳國華.錨桿-錨索支護在采動影響巷道修復中的應用[J].山東煤炭科技，2010（3）：10-11.

〔5〕劉建軍，呂志強，郭敏江.鄰近工作面采動影響下巷道礦壓規律研究[J].煤炭科技，2009（1）：81-83.