特厚煤層綜放面臨空回風(fēng)巷支護(hù)技術(shù)

黃 慧

（太原煤炭氣化（集團(tuán)）有限責(zé)任公司華實(shí)公司，山西 太原 030024）

1 工程概況

同忻礦3盤區(qū)8305綜放工作面位于8307綜放工作面采空區(qū)南部，5305回風(fēng)運(yùn)料巷沿空掘巷，巷道平面布置如圖1所示。5305巷對(duì)應(yīng)地面位于銀塘溝村東部，地表地形復(fù)雜，地面溝谷有泉子溝、長(zhǎng)畛溝，地形以坡地為主。地面相對(duì)標(biāo)高1338.0～1396.0m，地面無(wú)徑流水體，無(wú)建筑物。5305巷東部為三盤區(qū)三條盤區(qū)大巷，北部為8307工作面，于2016年2月開(kāi)采，2016年9月結(jié)束，西部至銀塘溝保護(hù)煤柱，南部為實(shí)煤區(qū)。侏羅系14-2#煤層與石炭系3～5#煤層層間距為184～216m。

該巷煤層厚度為7.24～17.98m，平均厚度為13.76m。煤層傾角為1°～2°，平均1.5°。厚度較穩(wěn)定，煤種為1/3焦煤，以半亮型煤為主，半暗型次之，弱玻璃光澤—玻璃光澤。塊狀、內(nèi)生裂隙發(fā)育，夾有鏡煤條帶、塊狀、易碎，夾矸7層。巖性為黑色泥巖、炭質(zhì)泥巖，厚度一般為0.28～0.48m。5305巷所在煤層圍巖板情況如表1所示。

圖1 5305回風(fēng)巷道平面位置圖

2 沿空掘巷煤柱寬度及支護(hù)方案確定

同忻礦8307綜放工作面采空區(qū)穩(wěn)定后，側(cè)向支承壓力影響范圍內(nèi)應(yīng)力降低區(qū)的寬度14.30～15.40m左右，8305綜放工作面5305回風(fēng)運(yùn)料巷沿空掘巷的寬度為5.5m，為了保證沿空巷道處于應(yīng)力降低區(qū)范圍內(nèi)，小煤柱最大寬度為8.80m。當(dāng)然，護(hù)巷煤柱越小，應(yīng)力影響越小，隨之而來(lái)的就是隔絕采空區(qū)瓦斯、水，防止漏風(fēng)效果越差。為了保證安全生產(chǎn)，結(jié)合鄰近塔山礦的小煤柱護(hù)巷留設(shè)經(jīng)驗(yàn)，確定護(hù)巷 小煤柱寬度6.00m。

表1 5305巷所在煤層圍巖板情況

沿空掘巷總體支護(hù)方案為：錨桿、組合錨索、W鋼帶、JW型高強(qiáng)度鋼帶、金屬網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)，對(duì)8305綜放面5305臨空回風(fēng)巷進(jìn)行全斷面噴射混凝土加固，可以有效防止相鄰工作面采空區(qū)有害氣體的侵入危害。

3 巷道支護(hù)設(shè)計(jì)

3.1 錨桿、錨索長(zhǎng)度的確定

（1）錨桿長(zhǎng)度的確定

式中：

L1-錨桿的外露長(zhǎng)度，一般取0.1m；

L2-錨桿的樹(shù)脂錨固長(zhǎng)度，取0.90m；

L3-錨桿的有效長(zhǎng)度。

L3=kB/2f

式中：

k-安全系數(shù)，取2；

B-巷道掘進(jìn)寬度，5.50m；

f-煤巖堅(jiān)固性系數(shù)，取3.7。

代入式(1)得出L=2.48m，施工選擇采用錨桿長(zhǎng)度2500mm、Ф=22mm左旋無(wú)縱筋螺紋鋼錨桿，滿足設(shè)計(jì)要求。

（2）錨桿間排距（D）確定

將參數(shù)代入式（2）計(jì)算得出D≤1.25m，在此基礎(chǔ)上，結(jié)合工程類比和極大部分礦區(qū)錨桿支護(hù)經(jīng)驗(yàn)確定錨桿支護(hù)的間排距為：900×900mm。

3.2 錨索支護(hù)參數(shù)確定

（1）錨索長(zhǎng)度確定

式中：

L1-錨索安裝時(shí)樹(shù)脂錨固劑與鋼絞線的粘接長(zhǎng)度，取1.50m；

L2-錨索自由段長(zhǎng)度，取3.0m；

L3-錨索張拉端長(zhǎng)度。

L1=kNt/πdτα

式中：

k-安全系數(shù)，取2；

Nt-錨索設(shè)計(jì)載荷，不小于250kN；

d-預(yù)應(yīng)力鋼絞線直徑，選擇22mm；

τα-錨固劑與鋼絞線粘結(jié)應(yīng)力，為10N/mm2。

將參數(shù)代入L1表達(dá)式計(jì)算得出724mm，實(shí)際錨固長(zhǎng)度選擇1.50m，滿足要求。

式中：

L3' —錨索外露長(zhǎng)度，取0.30m；

L3"—托盤和錨具的厚度，取0.20m。

則L3為0.50m。

代入式（3）得出L=5.0m，施工選擇錨索長(zhǎng)度6300mm和8300mm兩種規(guī)格，滿足設(shè)計(jì)要求。

（2）錨索間排距確定

錨索排距一般不大于錨索長(zhǎng)度的一半，為保證支護(hù)安全，錨索最小長(zhǎng)度為6.30m，排距取2.70m。

（3）每排錨索數(shù)目確定

式中：

N-每排錨索根數(shù)；

k-安全系數(shù)，取1.5；

P斷-錨索的最小破斷力，不小于260.7kN；

W-被懸吊加固圍巖的自重，kN。

式中：

B-巷道掘進(jìn)寬度，5.5m；

∑h-懸吊煤巖厚度，取3.0m；

∑r-懸吊煤巖平均容重，取14.5kN/m3；

D-錨索排距，2.70m。

代入式（5）計(jì)算得W=645.98kN。由式（4）計(jì)算得N≈3.72根。由分析計(jì)算結(jié)果，錨索排距2.70m，每排布置六根錨索，間距900mm，滿足安全要求。

3.3 巷道支護(hù)參數(shù)

（1）頂板支護(hù)

錨桿選擇左旋無(wú)縱筋螺紋鋼錨桿（規(guī)格Ф22-M24-2500），屈服強(qiáng)度不低于500MPa。每排6根錨桿緊固W型鋼帶（BHW5000×280×4-900-6），距巷道兩幫500mm各安裝1根錨桿，桿體與水平面的夾角75°，其他4根錨桿垂直巷道頂板安設(shè)，排距900/1800mm，錨桿間距900mm，以巷道中心線對(duì)稱布置，配合150×150×10mm可調(diào)心鋼托板。間隔2排錨桿布置一排錨索，錨索排距2700mm，間距900mm，錨索規(guī)格分別為Ф21.8-1×19-8300mm、Ф21.8-1×19-6300mm預(yù)應(yīng)力鋼絞線，配合JW鋼帶5000×330×6、頂錨索托盤。兩種規(guī)格的錨索交替布置，每排布置6根。

組合錨索采用Ф21.8鋼絞線，由5根錨索組成。中間長(zhǎng)10300mm，兩角分別是2根8300mm鋼絞線、2根6300mm鋼絞線，對(duì)角布置，組合錨索托盤為600×600×16mm，間排距為2700×2400mm。

角錨索采用Ф21.8-1×19-5300mm預(yù)應(yīng)力鋼絞線配合600mm短節(jié)工字鋼配合300×300×14高強(qiáng)度拱形托板布置。每1800mm施工一對(duì)。

（2）巷幫支護(hù)

① 幫錨桿

采煤幫：幫錨桿采用Ф22-M24-3000mm左旋無(wú)縱筋螺紋錨桿支護(hù)，第一排、第四排錨全部為錨桿，第二排、第三排與錨索間隔布置。幫支護(hù)間排距為900×900mm。

煤柱幫：幫錨桿采用Ф22-M24-3000mm左旋無(wú)縱筋螺紋錨桿支護(hù)，第四排錨全部為錨桿，第二排、第三排與錨索間隔布置。幫支護(hù)間排距為900×900mm。

幫錨桿配合使用W鋼護(hù)板450×280×4.75mm，托盤為150×150×10mm高強(qiáng)度拱形托盤。

② 幫錨索

煤柱側(cè)：采用Ф17.8-1×7-4300mm預(yù)應(yīng)力鋼絞線配合300×300×10mm高強(qiáng)度拱形托板聯(lián)合布置，第一排全部以第二排、第三排幫支護(hù)與螺紋鋼錨桿間隔布置。間排距為900×900mm。

采煤側(cè)：采用Ф21.8-1×19-5300mm預(yù)應(yīng)力鋼絞線配合300×300×14mm高強(qiáng)度拱形托板聯(lián)合布置，在第二排、第三排幫支護(hù)與螺紋鋼錨桿間隔布置，間排距為900×900mm。另距底板3100mm處施工一排幫錨索，采用Ф21.8-1×19-5300mm預(yù)應(yīng)力鋼絞線配合JW鋼帶2300×330×6mm、200×200×12mm高強(qiáng)度錨索專用托盤聯(lián)合布置，間距為900mm。

5305巷全斷面鋪金屬網(wǎng)，全斷面范圍內(nèi)噴漿厚度為100mm，巷道底板鋪底厚250mm。巷道支護(hù)斷面圖如圖2所示，頂板支護(hù)平面圖如圖3所示。

圖2 綜放面5305巷支護(hù)斷面圖

圖3 綜放面5305巷頂板支護(hù)平面圖

4 結(jié) 語(yǔ)

同忻煤礦開(kāi)采石炭紀(jì)特厚煤層，一直沿用38～45m的寬煤柱護(hù)巷，造成了大量的資源浪費(fèi)，回采巷道礦壓顯現(xiàn)也比較強(qiáng)烈，巷道變形收縮率高，嚴(yán)重影響綜放工作面的安全正常生產(chǎn)。為了提高煤炭回采率，降低開(kāi)采損失[1-2]，提出了6m寬小護(hù)巷煤柱方案，并進(jìn)行了具體的支護(hù)方案設(shè)計(jì)，經(jīng)工程實(shí)踐驗(yàn)證，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效果。