舊街煤業9201工作面支護技術研究

荊振華

(1.山西煤炭運銷集團陽泉有限公司，山西 陽泉 045000；2.山西煤炭運銷集團科學技術研究有限公司，山西 太原 030006)

引 言

山西陽泉、臨汾、忻州和大同等區域的所屬礦井存在著大量近距離或極近距離煤層，其工作面巷道布置方式多為內錯、外錯或垂直布置[1-4]，三種布置方式各有優缺點。本文以陽泉區域舊街煤業9#煤層9201工作面為研究對象，對其工作面概況進行了分析，確定了9201工作面巷道圍巖分類結果，提出了9201工作面巷道錨固支護方案。

1 9201工作面概況

1.1 煤層基本情況

9#煤層位于太原組上部，上距8#煤層平均4.69 m，局部(主井附近)與8#煤層合并。煤層厚度為1.71 m～3.30 m，平均2.77 m，結構簡單，含0層～2層夾矸。頂板巖性為粉砂巖～泥巖，底板為泥巖～細砂巖。9#煤層可采性指數為1，煤層變異系數19.95%，為井田內穩定可采的中厚煤層。

礦井瓦斯絕對涌出量為42.90 m3/min，相對涌出量為36.79 m3/t；二氧化碳絕對涌出量為1.47 m3/min，相對涌出量為1.26 m3/t。礦井瓦斯等級鑒定結果為高瓦斯礦井。開采9#煤層時，前期礦井瓦斯最大絕對涌出量為22.28 m3/min、瓦斯最大相對涌出量為17.65 m3/t；中期礦井瓦斯最大絕對涌出量為26.62 m3/min、瓦斯最大相對涌出量為20.77 m3/t；后期礦井瓦斯最大絕對涌出量為32.85 m3/min、瓦斯最大相對涌出量為26.02 m3/t。由于8#煤層與9#煤層相距較近，9#煤層的瓦斯大部分在8#煤層開采時，因受到采動影響而得到了釋放，9#煤層開采時的瓦斯涌出量相比8#煤層要少很多。煤塵有爆炸危險性，9#煤層吸氧量為0.9 cm3/g，自燃等級為Ⅲ級，屬不易自燃。

1.2 地質構造與水文地質條件

9201工作面地表為山坡、山溝地形，南部距桃河支流約400 m，總體位于新景礦井田南部，煤層標高低，埋藏深，上部受多層隔水層的阻隔，加之地面地勢北高南低利于降水排泄，地面補給水很少。9#煤層直接充水含水層為山西組K7砂巖含水層，一般情況下由于該含水層富水性弱，補給條件差，預計地表水對工作面正常掘進無直接影響。

9201工作面從西區回風巷往北68 m上部為8#煤層實體區，68 m～583 m上部為已封閉的8#煤層8303工作面采空區，根據8303工作面采掘期間水文地質資料分析，預計采空區不會存在積水，但在9201工作面掘進送巷期間，加強對上部8#煤層采空區的探測。

根據附近已揭露煤層情況和水文地質預測預報，預計9201工作面煤層及頂底板不含水，水文地質條件簡單，無突水危險，掘進期間主要水源為工作面支護及防塵用水。另外，9201工作面順槽為上山掘進，利于排水。

1.3 9201工作面巷道布置

9201工作面井下位于井田西部，屬+425水平，9201工作面為舊街煤礦西采區回采的第二個工作面，井下位于井田西部，巷道東部為9202綜采工作面，西部為礦界，南部為西區回風、軌道、運輸大巷，北部為礦界，上部為8#煤層8302和8303采空區。9201工作面巷道與上部8#煤層8302工作面采用同向內錯方式進行布置，9201工作面進風順槽位于8302工作面采空區之下，與8302回風順槽錯距25 m。9201工作面回風順槽位于8303工作面采空區之下，與8303回風順槽錯距12 m。兩順槽均位于上部煤層采空區下方，處于應力降低區，圍巖受力小，對于巷道支護有利。

該工作面9#煤層走向為SN，傾向WE，傾角6°～10°，平均8°左右，煤厚2.60 m～3.50 m，平均3.05 m，結構簡單，含0層～2層夾矸，賦存穩定。

2 9201工作面圍巖力學評估

直接頂板為粉砂巖～泥巖，厚0.20 m～11.27 m。局部在主井附近9#煤層與8#煤層合并，出現0.20 m厚的泥巖。9#煤層直接頂板裂隙比較發育，易于冒落，對采空區充填比較充分，無明顯的周期來壓。底板一般為泥巖～細粒砂巖，厚0.82 m～7.13 m。對支護有利，表1為9#煤層頂板巖石力學性質測試結果。

表1 9#煤層頂板巖石力學性質測試結果表

9#煤層直接頂上部除西區回風巷往北68 m為8#煤層實體區外，其余巷道上部均為8#煤層采空區。對其頂板和煤幫進行窺視，其結果為：1) 9201工作面回風順槽開口煤幫處，孔深6 m，0.8 m～1.3 m處有明顯裂痕，巷幫煤體相對來說裂隙局部較為發育，局部有破碎和空洞，煤體完整性較差；2) 9201工作面回風順槽開口頂板處，孔深15 m，頂板0 m～4.1 m為8#煤層直接頂，黑色泥巖，質軟易碎，無明顯裂隙，巖層完整；4.1 m～7 m為砂質泥巖，灰黑色；7 m～10 m為深灰色細砂巖，質硬，含有黃鐵礦結核；7.6 m～7.8 m處有明顯裂隙，局部有破碎和空洞，頂板巖層完整性較好；3) 軌道大巷頂板處，孔深15 m。頂板0 m～4.1 m為8#煤層直接頂，黑色泥巖，質軟易碎，巖層局部破碎，4.1 m～7 m為灰黑色粉砂巖，含鈣質及白云母碎屑，7 m～13 m為黑色泥巖，中部有1層～2層含有黃鐵礦結核，有時相變為砂質泥巖；12.1 m～12.3 m處有明顯裂痕，巖層整體性較好；4) 回風大巷頂板處，孔深15 m，頂板0 m～4.1 m為8#煤層直接頂，黑色泥巖，質軟易碎，巖層完整，4.1 m～7 m為泥巖，灰黑色泥巖，含鈣質結核，7 m～15 m為泥巖，含黃礦結核，0.8 m～1 m處有明顯破碎，巖層整體性較好。

9201工作面位于井田西部的山梁地段，地形北高南低，坡度明顯，地表無建筑物和積水地形，局部有黃土覆蓋，蓋山厚度為468 m～550 m。煤層內部發育完整，厚度約2.6 m～3.5 m，平均厚度3.05 m，賦存穩定，結構簡單，一般含1層～2層夾矸；煤層以亮煤為主，內生裂隙發育。根據8#、9#煤層采掘揭露情況，預計9201工作面范圍內無構造，在掘進過程中不會遇到斷層和破碎帶，對掘進無影響。該工作面上覆從西區回風大巷往北60 m～68 m為8#煤層實體區，其余部分是8303、8302工作面采空區。

9201工作面進、回風巷上部為8#煤層實區的巷道斷面為矩形，掘進斷面尺寸均為寬4.2 m，高3.2 m，根據頂板圍巖結構觀察結果，對9201工作面進風巷和回風巷8#煤層實體區的圍巖進行了分類，分類結果均為Ⅳ級，為不穩定圍巖。9201工作面進、回風巷上部為8#煤層采空區段巷道，斷面為梯形，掘進斷面上寬4.0 m，下寬4.6 m，高3.2 m，由于9#煤層上距8#煤層平均4.69 m，局部與8#煤層合并。對9201工作面進風巷和回風巷8#煤層采空區的圍巖進行了分類，分類結果均為Ⅴ級，為極不穩定圍巖。

3 9201工作面巷道錨固支護方案

9201工作面進、回風巷上部為8#煤層實體區的巷道掘進斷面尺寸為寬4.2 m，高3.2 m，矩形斷面，凈寬4.0m，凈高3.0m。

基本支護方式為錨桿+錨索+網+W鋼帶。頂錨索為Ф21.6 mm×8 200 mm，頂錨索間距900 mm，排距1 000 mm，每排5根錨索；錨固劑MSCK2335和MSZ23120各一支，張拉力不低于300 kN；W型錨索托盤，220 mm×300 mm×12 mm；W鋼帶BHW-220-4-4000。幫錨索為Ф17.8 mm×4 200 mm，排距2 000 mm，間距900 mm；錨固劑MSZ23120一支，張拉力不低于250 kN；穹形錨索托盤，300 mm×300 mm×14 mm。幫錨桿Ф20 mm×2 000 mm左旋螺紋鋼，排距1 000 mm，間距1 000 mm；錨固劑MSCK2360和MSZ2360各一支，設計錨固力不低于120 kN，預緊扭矩不低于250 N·m；穹形錨桿托盤，150 mm×150 mm×10 mm；鋼帶為Ф10 mm鋼筋梯子梁。

9201工作面進、回風順槽上部為8#煤層采空區時巷道斷面為梯形，上寬4 000 mm，下寬4 600 mm，高3 000 mm。采用梯形棚進行支護，棚距為800 mm；梯形棚頂梁與頂板之間鋪設鋼筋網,并使用勾木進行勾頂，兩幫使用勾木進行盤幫，最后采用拉鉤和撐木進行加強支護；兩幫補強支護方式為幫錨索，排距2 000 mm，間距900 mm，錨索張拉力不低于250 kN。梯形棚為頂梁12#礦用工字鋼，梁長棚腿11#礦用工字鋼，配套拉桿、卡扣。

如遇頂板破碎、完整性較差時采用縮小支護排距，或在9#煤層頂板下提前打鋼釬進行超前維護頂板，或進行注膠加固圍巖。

9201工作面進風巷和回風巷長度均為594 m。從巷道開口起，每隔50 m開始布置測站。頂板離層測站布置1臺頂板離層儀，錨桿(索)應力測站布置4套錨桿(索)應力計。9201工作面進風巷和回風巷采用架棚支護段巷道，各布置3組巷道圍巖變形觀測站，位置分別位于150 m、300 m、450 m處。

4 結論

舊街煤業8#煤層與9#煤層屬近距離開采煤層，9201工作面上覆8#煤層8302和8303采空區，采用同向內錯方式進行布置。9201工作面進、回風巷上部為8#煤層實區的巷道圍巖分類結果為Ⅳ級，為不穩定圍巖；9201工作面進、回風巷上部為8#煤層采空區段的巷道圍巖分類結果均為Ⅴ級，為極不穩定圍巖。針對這兩級圍巖分類，提出了錨桿+錨索+網+W鋼帶支護和棚式支護兩種支護方式，并設計了礦壓監測測站。該研究可以為舊街煤業9#煤層工作面巷道的支護方式提供參考。