3706綜采面過空巷支護設計研究分析

張燕飛

（山西陽城陽泰集團義城煤業，山西 晉城 048000）

隨著礦井開采深度不斷地延伸，大采高、高應力的礦井逐漸增多，礦井空巷支護問題成為了一項巨大的技術難題[1-3]。當綜采工作面與空巷聯通以后，控頂距顯著增大，巷道頂板變形量、底鼓量也明顯增大，給綜采面帶來不利影響。

義城煤礦原來的空巷支護，傳統工藝多采用木垛支護[4-5]，但由于木垛支護阻力較小，且增阻速度極慢，可縮變形量大，不能有效支護空巷頂板，易出現冒頂等問題。因此，針對義城煤礦過空巷傳統支護工藝的不足，提出支護改進方案。

1 工程概況

1.1 地質條件

義城煤礦隸屬山西陽城陽泰煤業集團，該礦井井田位于陽城縣北町店鎮，井田面積8.1493km2，設計生產能力為90萬t/a，礦井總服務年限27.3a。目前義城煤礦3706綜采回采工作面為主采工作面，此工作面布置了運輸順槽和回風順槽兩條巷道。3706工作面長160m，采高為2.8m，可采長度890m，采用走向長壁綜合機械化采煤方法，頂板采用全部垮落法，循環進度0.6m。綜合地質柱狀圖如圖1所示。

1.2 空巷情況

3706綜采工作面內存在原小煤窯開采空巷共22條，所有空巷分布不均勻，無規則，且長短不一，空巷均沿煤層底板布置，留設1.8～2.0m厚煤層，空巷內原斷面寬度和高度均為4m，為矩形巷道斷面，斷面面積為S=16m2。

當回采工作面回采至415m處時，在200m處有7條與工作面巷道平行的空巷，與工作面有一定傾角，還有長短不一的垂直空巷共5條，與進回風順槽有一定夾角。

空巷原采用木垛支護，部分巷道出現頂板冒落、片幫及底鼓等變形。

圖1 地質條件柱狀圖

2 支護設計

2.1 臨時支護

（1）采用前探梁配合背板進行臨時超前支護，每根前探梁均采用長度為3.0m的Φ76mm金屬鋼管制作而成，且間距不大于1.0m，其最大控頂距離為1.2m，并用專門的樹脂錨桿和16#圓鋼吊環固定。使用2塊以上樹脂錨固劑，從而達到錨固力不小于80kN/根；

（2）在打眼放炮以后，工作面作業點的前方煤壁上必須支設三組以上木錨桿，控制前方煤壁，木錨桿要求布設間距為1根/m2；

（3）使用長柄工具將巷道頂部浮矸活石篩選干凈，然后連接鐵絲網，確認頂板安全后，向前移動前探梁。在前探梁上方放置背板，并在背板上鋪設鐵絲網，用背板和木剎將巷道頂板與前探梁緊密地連接在一起；

（4）前探梁、吊環每向前移動一次，都要檢查結構牢固情況和損壞程度，如果發現存在損壞問題的前探梁，要及時更換相應部件；

（5）在空巷內作業時，最大空頂距1.2m，最小空頂距為0.3m。

2.2 永久支護

根據巷道頂板現狀，支護設計采用樹脂加長錨固組合錨桿支護、錨索補強，兩幫采用木錨桿配合相應的木托盤進行支護。

（1）頂板支護

① 錨桿的形式和規格：選用長2000mm的MSGLW-335/2000型無縱肋螺紋鋼樹脂錨桿，根據以往資料可知其極限抗拉強度為79kN，屈服強度可達335MPa，延伸率大于17%，此錨桿采用滾壓加工工藝壓制成型；② 應用螺紋結構與錨桿桿體相同的拱形高強度不銹鋼托板，其規格為130×130×10mm；③ 鋼筋梯規格：選用長3800mm、寬80mm直徑為Φ12mm的鋼筋來制作鋼筋梯，要求每根鋼筋梯的限位孔間距900mm；④采用12#鐵絲編制成規格為1200×6000mm的金屬網護頂，網孔均為50×50mm的菱形網；⑤ 錨固方式及預緊力：采用樹脂錨固方法，且頂板每根錨桿均選用2卷型號為2350的樹脂錨固劑進行錨固，其中一卷為快速錨固，另一卷為中速錨固，錨固長度為0.9m，錨桿安裝的預緊力矩要求大于120N·m；⑥ 錨桿布置：每排錨桿布設有5根錨桿，布設間排距、錨間距均為900mm，當巷道斷面寬度大于4m時，巷道內錨桿間排距不得大于900mm，且保證在整個斷面內布滿錨桿；⑦ 靠近巷幫的頂板錨桿安設角度與水平線呈60°，其余的錨桿均垂直于頂板安設；⑧ 在巷道頂板每隔2.7m安設一排“三花眼”進行布置規格Φ15.24×8000mm的錨索，如巷道斷面寬度大于4m時，巷道內錨索改為“五花眼”布置方式。頂板具體支護方案設計如下圖2所示。

（2）巷幫支護

① 錨桿的形式和規格：巷幫采用長度為2000mm的木錨桿與配套的木托盤進行搭配支護；② 木托盤規格：選用厚5～8cm、寬20～25cm、長50～60cm的木托盤進行緊固，此階段內巷幫支護將不進行幫部鋼筋梯支護；③ 錨桿布置：巷幫錨桿布設每排、每幫間距900mm的4根錨桿，錨桿距離頂、底板150mm；④ 錨桿角度：靠近頂、底板的巷幫錨桿要求與水平線呈30°安設，其余的錨桿均垂直巷幫。具體支護示意圖如圖3。

3 支護效果觀測分析

現場對支護進行抗拉拔強度、錨固力監測，與未實施方案之前空巷巷道支護觀測數據形成對比，繪制曲線圖4、圖5。

圖4可以看出，改進后的巷道錨桿抗拉強度曲線隨著觀測時間的推移先呈平緩上升狀態，抗拉拔強度逐漸增大，在觀測第7d時曲線呈平穩狀態，抗拉拔力數值基本不變，而后在第11d時，曲線呈線性上升趨勢，此時的抗拉拔力顯著線性增大，當至15d時，抗拉拔力達到了其極限峰值，此時的抗拉拔強度可達到79kN。原木垛抗拉強度變化曲線趨勢大體與之相同，但在每個觀測時間點對應的抗拉強度數值都遠遠小于改進后的錨桿測試數值，這說明了改進后的錨桿抗拉強度更大，可以有效地預防頂板冒落，更適合空巷支護。

圖2 空巷巷道頂板支護示意圖

圖3 巷道幫部支護設計圖

圖4 抗拉強度對比曲線圖

圖5 錨桿錨固力對比曲線圖

圖5 同樣可以觀測出改進后的錨桿錨固力更大，可以更緊密地與空巷巷道圍巖錨固在一起，有效地預防了頂板離層、冒落及底鼓等問題，改善了巷道支護情況，改進后的支護方案更適合空巷巷道的支護。

4 總結

（1）針對空巷存在的頂板離層、冒落及底鼓等問題，提出了支護改進方案，臨時支護采用Φ76mm金屬鋼管制作前探梁，永久支護采用樹脂加長錨固組合錨桿進行支護、錨索補強，兩幫采用木錨桿配合相應的木托盤進行支護；

（2）通過現場數據觀測，繪制了拉拔力、錨固力對比曲線圖，對其進行分析。改進后的錨桿錨固力、抗拉拔強度都遠遠大于原巷道支護用木垛結構，有效地預防了頂板離層、冒落及底鼓等問題，改善了巷道支護情況，此類改進后的支護方案更適合空巷巷道的支護。