單一中厚煤層沿空留巷巷修工藝及支護方案研究

郭貢獻

（河南能源化工集團永煤公司陳四樓煤礦，河南 永城 476600）

陳四樓煤礦目前已開采22年，采掘接續問題逐漸顯現。目前，沿空留巷技術成為解決礦井采掘接續矛盾的關鍵環節。在沿空留巷過程中，由于受深部厚層軟弱復合頂板影響，一些采用沿空留巷技術的巷道沒有取得預期的效果，留巷變形嚴重，無法滿足回采要求，需要進行巷道維修施工后方可投入使用。2802下順槽（巷修）通過一系列的工藝創新，采用綜掘施工工藝，實現了單一中厚煤層切頂沿空留巷巷道的快速維修，緩解了礦井采掘接續矛盾。

1 工程概況

2802下順槽位于陳四樓煤礦八采區，設計長度為1405mm。沿二2煤層掘進，煤層傾角1～17°，平均5°，整體坡度較緩。巷道為梯形斷面，巷道規格：凈寬×凈高=4400×2600mm。巷道中心凈高不低于2.6m，底板施工成水平。2802下順槽沿二2煤層掘進，煤層最大厚度3.07m，最小厚度1.97m，平均厚度2.75m。

表1 煤層頂底板情況

2802下順槽巷道采用錨網帶支護，三排錨索梁配合恒阻錨索加固，經切頂爆破沿空留巷后，巷道寬度為2.5～3.2m，高度為1.4～2.5m。巷道左幫為留巷側，幫部采用張拉鋼絲繩張拉支護，同時巷道采用單體液壓支柱配3.8m長π型梁加固，一梁四柱形式，其中左幫兩個單體柱并列支護，其余單體柱間排距為800×800mm。

目前，2802下順槽斷面已無法滿足下一個工作面設備安裝及回采要求，需進行巷道維修，維修長度1150m。

圖1 2802下順槽翻修平面布置示意圖

圖2 2802下順槽巷道維修前巷道斷面支護示意圖

2 巷修工藝

（1）2802下順槽自車場口開始向里進行擴幫，擴幫長度1150m，擴幫寬度1.8m，擴幫后擴幫側巷幫與原巷道中心線距離為2950mm，要求擴幫后巷道寬度不低于4.2m，不超過4.6m，高度不低于2.7m。擴幫前期采用人工手鎬擴幫，人工將煤、矸攉至刮板輸送機上運出。

（2）自車場口向里擴幫30m后，在巷道內安裝一部DSJ80/40/2×75膠帶輸送機，同時在巷道內安裝一部掘進機及一部橋式轉載機，采用掘進機截割并自行裝煤至膠帶輸送機上將煤運出。

（3）擴幫前，應先拆除原擴幫側的高強錨桿、金屬網和錨索，拆除時必須自上而下進行。超前擴幫段在原巷道頂板向測量中心線左側偏移710mm（1760mm）布置一排錨索梁加固，錨索梁順巷道方向布置，每3根π型梁使用一根錨索梁索好，錨索梁超前加固好后，保持巷道最左側單體液壓支柱不動，拆除其余三根單體液壓支柱，然后一次擴幫、拉底到位，巷道最左側單體液壓支柱處底板回柱后采用人工拉底。

（4）擴幫段錨網支護后，在巷修段巷道頂板平行鋼帶方向布置錨索梁加固。加固前將超前支護的π型梁梁端使用Φ6mm鋼絲繩固定在巷道頂板上，退掉錨索錨具。在加固錨索同一斷面平行于鋼帶方向布置4m錨索梁加固，錨索梁以退錨具的錨索為基準布置，即該錨索穿入錨索梁從左至右第三（二）個眼內。

（5）待巷道錨索梁加固結束后，拆除巷道最左側單體液壓支柱，回掉頂板原抬棚π型梁。

（6）擴幫后，使用液壓剪將原支護幫錨桿、幫錨索剪斷，剪斷后錨桿、錨索外露不超過100mm。

3 支護設計

3.1 臨時支護

使用輕型單體液壓支柱配合π型梁式臨時支護形式。

（1）擴幫期間采用兩組臨時支護裝置進行臨時支護，每組臨時支護裝置為兩根輕型單體液壓支柱配一根π型梁，具體臨時支護參數見圖3。

（2）臨時支護裝置所需供水水壓計算：

① 臨時支護裝置需要支撐的巖石重力為：

Rmax=γLBH=20×1.8×1.8×0.23=14.9kN

式中：

Rmax-輕型單體液壓支柱需要支撐的巖石重力，kN；

γ-支撐巖石的體積力，取20kN/m3；

L-臨時支護長度，取1.8m；

B-巷道擴幫寬度，取1.8m；

H-冒落拱高度，m；

H=B/2f=1.8/（2×4）=0.23m；

其中：

B-巷道掘進寬度，1.8m；

f-巖石堅固性系數，砂質泥巖取4.0。

② 輕型單體液壓支柱需要的供水水壓為：

P=Rmax/[nπ（d/2）2]

=14.9×103/[4×3.14×（0.1/2）2]=0.48MPa

式中：

P-輕型單體液壓支柱需要的供水水壓，MPa；

n-π型梁上打設的輕型單體液壓支柱根數，4根；

d-輕型單體液壓支柱柱體的直徑，取0.1m。

③ 巷修工作面供水水壓P供＞P，因此，巷修工作面輕型單體液壓支柱的供水水壓能滿足臨時支護使用要求。

圖3 2802下順槽擴幫前探梁臨時支護三視圖

3.2 支護參數設計

（1）按懸吊理論計算頂錨桿參數

① 錨桿長度計算

L=KH+L1+L2

式中：

L-錨桿長度，m；

H-冒落拱高度，m；

H=B/2f=4.6/(2×4.0)=0.58m；

式中：

B-巷道寬度，取4.6m；

f-巖石堅固性系數，砂質泥巖取4.0；

K-安全系數，一般取K=2；

L1-錨桿錨入穩定巖層的深度，一般按經驗取L1=0.4m；

L2-錨桿在巷道中的外露長度，一般取L2=0.05m。

經計算L=1.61m。

施工時選擇頂錨長度2.2m滿足施工需要。

② 錨桿間排距計算

α=[Q/(KHγ)]1/2

式中：

α-錨桿間排距，m；

Q-按高強頂錨桿錨固力Q=120kN計算；

H-0.58m；

K-安全系數，一般取K=2；

γ-被懸吊巖石的體積力，γ=20kN/m3。

則α=[Q/(KHγ)]1/2=2.27m。

根據以往施工經驗，取α=800mm、α=850mm、α=700mm，可以滿足要求。

3.3 永久支護

（1）頂板支護：Φ22×2200mm高強錨桿+金屬網+M鋼帶

① 錨桿為Q500MPa高強錨桿，直徑22mm，長度2200mm；M型托盤規格：150×90×10mm；金屬網：1000×2200mm，網格 70×70mm， 用Φ6mm鋼筋加工。

② M鋼帶根據擴幫寬度選擇長度為1.0m（眼距800mm）或1.0m以上規格的鋼帶搭接使用，鋼帶與原巷道頂板鋼帶方向一致平行布置，當擴幫寬度小于500mm時，鋼帶可平行于巷道方向布置。

③ 每根 Φ22×2200mm高強錨桿使用MSCK2350樹脂錨固劑和MSM2350樹脂錨固劑各1根。

④ 錨桿排距800mm，允許偏差±100mm。

⑤ 頂錨桿預緊力矩不小于250N·m，不大于300N·m。

（2）巷幫支護：Φ22×2200mm高強錨桿+金屬網+M鋼帶

① 幫錨桿為Q500MPa高強錨桿，直徑22mm，長度2200mm；金屬網：1000×2200mm，網格70×70mm，網，用6#鋼筋加工；M托盤規格為150×150×8mm。

② 擴幫側巷幫使用1.6m、1m長的M鋼帶搭接。③ 錨桿排距800mm，允許偏差±100mm。

④ 每根Φ22×2200mm高強錨桿使用2支MSM2350樹脂錨固劑。

⑤ 幫錨桿的預緊力矩不得小于200N·m，不大于 250N·m。

3.4 巷道加固

（1）擴幫前，超前擴幫段在原巷道頂板偏移測量中心線左側710mm（1760mm）布置一排錨索梁加固，錨索梁順巷道方向布置，每3根π型梁使用一根錨索梁索好，錨索梁梁端錨索間距為600mm。錨索梁使用π型梁加工，一梁兩索，長度2.1m，眼距1800mm，錨索為Φ21.6×8300mm鋼絞線，每根錨索配一塊90×90×16mm錨索托盤。錨索梁加固超前擴幫段不小于5m。

（2）錨索梁超前加固好后，保持巷道最左側單體液壓支柱不動，拆除其余三根單體液壓支柱，然后一次擴幫、拉底到位。

（3）擴幫段錨網支護加固后，在巷修段巷道頂板平行鋼帶方向布置錨索梁加固，錨索梁滯后迎頭的距離不超過50m。

① 將擴幫側π型梁梁端使用Φ6mm鋼絲繩固定在巷道頂板上。

② 退掉超前支護的錨索錨具，在加固錨索同一斷面平行于鋼帶方向布置錨索梁（12#槽鋼加工，一梁四索，長度4.0m，梁左側三眼相鄰眼距為1050mm，右側眼距為1500mm）加固，錨索梁排距為900mm。

③ 使用錨索為Φ21.6×8300mm鋼絞線。

（4）待巷道錨索梁加固結束后，拆除巷道最左側單體液壓支柱，回掉原抬棚頂板π型梁。

3.5 架棚支護

（1）回柱。巷道巷修前需要將擴幫范圍內中間和擴幫側的單體液壓支柱拆除。回柱前，必須對擴幫段頂板進行超前加固，待巷道錨索梁加固結束后，拆除巷道最左側單體液壓支柱，回掉頂板π型梁。

（2）改柱打抬棚。改柱打抬棚前，對最左側單體液壓支柱處巷道底板人工拉底順平，然后在巷道內緊貼采空區側重新布置“π型梁+單體液壓支柱”進行加固（已布置抬棚加固的不再打設），“一梁四柱”，單體液壓支柱平行于巷道方向布置。

圖4 2802下順槽巷道維修后巷道斷面支護示意圖

4 效果

2802下順槽自2018年8月開始巷修，至 2019年1月17日巷修結束，共計巷修進尺1175.5m，巷修時間5.5個月，月均巷修進尺214m/月。考慮陳四樓煤礦為煤與瓦斯突出礦井，掘進期間考慮瓦斯治理、超前探測等因素，巷道綜掘正常掘進月平均進尺為130m/月，掘進一條新巷道需9個月，采用沿空留巷快速巷修巷道施工工期可提前3.5個月，減小了采掘接續壓力。