運(yùn)輸順槽沿頂掘進(jìn)在厚煤層綜放工作面的應(yīng)用

張建禮

（山西晉盂煤業(yè)（集團(tuán)）有限公司，山西 盂縣 045100）

1 工程概況

晉盂煤業(yè)躍進(jìn)礦核定生產(chǎn)能力120萬(wàn)t/a，主采煤層為3#煤和15#煤，開(kāi)采標(biāo)高700～130m。目前正在進(jìn)行3#煤層開(kāi)采，3#煤層埋深在450～500m，上距下石盒子組底K8砂巖約30m，下距太原組K6灰?guī)r8～14m，煤層厚度變化較小，平均厚6.19m，煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，含0～1層厚度為0.1～0.9m的夾矸，穩(wěn)定可采。工作面采用綜放采煤法，全部垮落法管理頂板。工作面直接頂為泥巖、砂質(zhì)泥巖和粉砂巖，厚度1.0～1.6m，基本頂為細(xì)砂巖、粉砂巖和中粒砂巖，厚度6～8m，局部存在厚度較小的泥巖偽頂，隨采隨落，底板為砂質(zhì)泥巖或泥巖[1-2]。

2 巷道圍巖變形破壞原因分析

工作面運(yùn)輸從軌道大巷和總回風(fēng)大巷下部穿過(guò)，沿煤層頂板掘進(jìn)，斷面為矩形，寬4.2m，高3.3m，巷道的高度小于煤層厚度，巷道的頂板位于煤層之中。由于煤層硬度較小，錨桿的預(yù)緊力很難達(dá)額定值，錨桿支護(hù)效果差，巷道表面圍巖變形或者破碎后，錨桿很容易失效[3]，從而導(dǎo)致錨桿的支護(hù)作用沒(méi)有發(fā)揮出來(lái)。對(duì)于沿底板掘進(jìn)的巷道支護(hù)時(shí)，巷道支護(hù)的參數(shù)還是按照傳統(tǒng)的方案來(lái)進(jìn)行選取，忽視了地質(zhì)條件變化帶來(lái)的支護(hù)效果的變化。因此，在運(yùn)輸巷沿著煤層底板掘進(jìn)時(shí)，巷道的變形極為嚴(yán)重，給維護(hù)帶來(lái)了巨大的難題，嚴(yán)重威脅著煤礦的安全生產(chǎn)。

沿底板掘進(jìn)順槽給工作面的生產(chǎn)帶來(lái)了很大的安全問(wèn)題，而且增加了生產(chǎn)成本。為此，經(jīng)過(guò)與工程部研究，決定放棄采用沿底板掘進(jìn)順槽，改用沿頂板進(jìn)行順槽掘進(jìn)。由于改變了掘進(jìn)的方式，所以對(duì)巷道的支護(hù)方案重新設(shè)計(jì)。下面對(duì)巷道支護(hù)的參數(shù)進(jìn)行分析，并選擇合適的支護(hù)材料。

3 運(yùn)輸順槽沿頂板掘進(jìn)時(shí)錨桿、錨索支護(hù)參數(shù)

頂板確定布置5根錨桿，錨桿間距950mm；巷道兩幫各布置4根錨桿，間距為900mm，錨桿排距確定為1000mm。具體支護(hù)參數(shù)為：

（1）頂板錨桿：使用左旋螺紋鋼高強(qiáng)錨桿，規(guī)格為Ф20×2400mm，并采用配套的高強(qiáng)度螺母及托盤(pán)，規(guī)格為120×120×10mm。安裝錨桿時(shí)，鉆孔的直徑不小于28mm，采用樹(shù)脂的型號(hào)為K2335和Z2360。為了保證支護(hù)的有效性及節(jié)省用料，在巷道的頂板采用金屬網(wǎng)和鋼筋梁進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，鋼筋梁的有效長(zhǎng)度為4200mm，由于市場(chǎng)沒(méi)有對(duì)應(yīng)的型號(hào)，需要自行加工；巷道頂板金屬網(wǎng)型號(hào)為4200×1100mm，使用菱形網(wǎng)來(lái)匹配，相鄰之間網(wǎng)搭接大約100mm，用鐵絲進(jìn)行連結(jié)。施工時(shí)錨桿預(yù)緊力矩要確保不少于200N?m。

（2）頂板錨索：根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)有的條件，使用的高強(qiáng)度錨索的規(guī)格為Ф17.8mm，長(zhǎng)6500m，錨索由7股鋼絲擰成。在使用時(shí)錨索的有效長(zhǎng)度為6200mm，間隔2000mm左右，每排布置2根，其間距為2000mm。每根錨索在安裝時(shí)需要3支樹(shù)脂錨固劑進(jìn)行錨固，其型號(hào)為Z2350樹(shù)脂藥卷。在進(jìn)行錨固時(shí)，錨固劑有效錨固長(zhǎng)度為1450mm，因此需要在錨索錨固端1400mm處進(jìn)行固定。錨索托盤(pán)匹配300mm×300mm×12mm的高強(qiáng)平托盤(pán)，施工時(shí)錨索預(yù)緊力應(yīng)≥200kN。遇煤層厚度變化較大的地段，錨索長(zhǎng)度可根據(jù)需要調(diào)整，錨索應(yīng)深入煤層頂板3000～4000mm。

（3）兩幫錨桿：根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)有的條件，錨桿應(yīng)使用左旋螺紋鋼高強(qiáng)錨桿，其型號(hào)為Ф20×2000mm，錨桿的強(qiáng)度應(yīng)不低于335MPa。采用配套的高強(qiáng)度螺母及托盤(pán)，這里采用的規(guī)格為150×150×10mm的托盤(pán)。錨桿角度布置成頂角向頂傾斜15o左右,底角處錨桿向底傾斜10o左右，其他錨桿均垂直兩幫布置。打鉆時(shí)孔直徑為28mm，每孔放置型號(hào)為K2335與Z2360兩支樹(shù)脂藥卷[4]。梯子梁采用Ф10～12mm的鋼筋自行制作（梯子梁鋼筋比頂板稍細(xì)），長(zhǎng)度為3300mm，兩端封閉；巷道兩幫金屬網(wǎng)為3300×1100mm菱形網(wǎng)，相鄰網(wǎng)之間搭接大約100mm，用鐵絲來(lái)進(jìn)行連結(jié)。煤柱側(cè)錨桿預(yù)緊力矩應(yīng)大于150N·m。圖1為運(yùn)輸順槽沿頂掘進(jìn)巷道錨桿布置圖，圖2為運(yùn)輸順槽沿頂掘進(jìn)巷道錨索布置圖。錨桿安裝后需要進(jìn)行二次緊固。

4 礦壓監(jiān)測(cè)

4.1 測(cè)點(diǎn)和測(cè)站的布置

為了檢驗(yàn)運(yùn)輸順槽沿煤層頂板掘進(jìn)的效果，在工作面運(yùn)輸順槽設(shè)置了兩個(gè)測(cè)站，兩個(gè)測(cè)站的間距為70m，選取有代表性的圍巖，用十字布點(diǎn)法進(jìn)行測(cè)量[5]，對(duì)工作面運(yùn)輸順槽巷道表面位移量進(jìn)行監(jiān)測(cè)。觀測(cè)時(shí)間為45d，每2天測(cè)一次。

圖1 巷道錨桿布置示意圖

圖2 巷道錨索布置示意圖

4.2 監(jiān)測(cè)結(jié)果

圖3是工作面運(yùn)輸順槽巷道表面位移量變化圖，通過(guò)45d的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)紀(jì)錄，在巷道施工15d內(nèi)工作面運(yùn)輸順槽頂?shù)装搴蛢蓭臀灰屏吭黾铀俣缺容^快。巷道圍巖變形量在25d左右開(kāi)始趨于穩(wěn)定，巷道圍巖頂板位移量穩(wěn)定在90mm，底板位移量穩(wěn)定在62mm。巷道圍巖左幫位移量穩(wěn)定在80mm，右?guī)臀灰屏糠€(wěn)定在70mm。

5 結(jié)論

針對(duì)原有的沿煤層底板掘進(jìn)運(yùn)輸順槽存在的支護(hù)困難的問(wèn)題，改用了沿煤層頂板掘進(jìn)順槽的策略，并重新設(shè)計(jì)了支護(hù)方案。著重分析了支護(hù)參數(shù)以及支護(hù)材料的選取。現(xiàn)場(chǎng)圍巖位移監(jiān)測(cè)結(jié)果表明：在進(jìn)行頂板掘進(jìn)順槽后，圍巖變形明顯減緩，維護(hù)量明顯減少，順槽的使用壽命增加。提高了礦井煤礦開(kāi)采的效率，保證了煤礦生產(chǎn)的安全性。因此，對(duì)于厚煤層開(kāi)采時(shí)，運(yùn)輸順槽應(yīng)沿煤層的頂板進(jìn)行掘進(jìn)，可以為相似地質(zhì)條件下厚煤層開(kāi)采時(shí)運(yùn)輸順槽的施工和支護(hù)提供參考。

圖3 巷道表面位移量變化