淺埋近距離老空區下復合頂板支護方案及工藝優化

袁文生 陳文晨 牛 群

(內蒙古福城礦業有限公司,內蒙古 鄂爾多斯 014217)

1 概述

1301N工作面埋深200m，回采3下煤，上部為3上煤采空區，平均層間距1.15m。對比烏海、汾西等類似條件礦井極近距離煤層回采巷道支護參數，1301N工作面巷道前期提出采用錨帶網+架棚支護，通過現場試驗及礦壓觀測發現參數較為保守，為了提高掘進效率、降低支護成本，后期在1301N工作面回風巷采用巷道錨帶網+錨索桁架梁支護[1]，實現了1301N工作面順槽高效、經濟、安全施工。

2 巷道支護設計

2.1 初始巷道支護方式

（1）巷道斷面

1301N回風巷采用錨帶網+架棚支護頂板，梯形斷面。巷道斷面：凈寬×中凈高=3.0m×3.0m，S荒=9.92m2，S凈=9.0m2。

1301N運輸巷采用錨帶網+架棚支護頂板，梯形斷面，巷道斷面：凈寬×中凈高=4m×2.8m，S荒=12.2m2，S凈=11.2m2。

（2）支護參數

淺埋深近距離復合頂板施工時，根據錨桿錨固到3層夾矸為原則，確定托頂煤厚度1～1.2m。采用二次支護方式支護巷道：一次支護方式采用錨網+W鋼帶支護；二次支護方式采用架棚支護。1301N運輸巷永久支護具體見圖1。

一次支護方式：錨網+W鋼帶支護[2]。

頂板采用MSGLD-335等強螺紋鋼式樹脂錨桿（Φ20×L2000mm）配W鋼帶（運巷尺寸：4200×280×3mm，風巷尺寸：3600×280×3mm）及金屬菱形網支護，錨桿間排距900×1000mm。

兩幫采用MSGLD-335等強螺紋鋼式樹脂錨桿（Φ20×L2000mm）配W鋼帶（2000×280×3mm和3100×280×3mm）及雙向拉伸塑料網支護，錨桿間排距為900×1000mm。

每根錨桿采用2支MSZ2835型樹脂錨固劑。錨桿角度：沿頂板法線方向，頂角錨桿與垂直線夾角不大于15°。托盤采用屈服強度不小于235MPa的鋼材制作，規格150×150×10mm。

二次支護方式：分段架棚+背板支護。

棚式支架采用11#礦用工字鋼制作，棚距為1000mm，背板采用半圓木制作。

圖1 巷道永久支護圖（錨網帶+架棚支護）

2.2 巷道支護優化方案

現有巷道支護方式采用錨網+架棚的復合支護方式，雖然采用分段架棚可以減少架設鋼棚數量，但需要人工多，工人勞動強度依然較大，在一定程度上制約了巷道的掘進速度。

根據對1301N運輸巷及回風巷現場觀測情況，巷道圍巖變形量較小，頂板離層儀檢測顯示最大離層量僅為200mm。控制離層或從根本上消除離層的最直接最有效手段是在高強錨桿支護基礎上，進一步強化低位巖體的力學性能，改善其受力狀態。該種支護形式可以在頂板未出現離層時強化頂板，減少變形；出現離層時，形成可靠的兜護效應，阻止巷道頂板冒漏，確保巷道的安全使用[4]。鑒于此，在不改變支護材料的基礎上，對現有巷道支護參數進行優化，以減輕巷道支護工作量，提高掘進效率[3]。

支護參數優化的整體思路為加大架棚排距，輔助桁架錨索，在降低架棚密度的前提下降低頂板的離層破壞，保證巷道安全。桁架錨索是將處于受壓狀態的巷道兩肩窩頂板深部巖體作為錨固點和支護結構的基礎，通過高強度的預應力鋼絞線傳遞張拉力，直接作用頂板淺部圍巖，并由專用機具實現初張力。

（1）加大架棚排距，由原來的1000mm加大至1500mm，采用架4.5m空5m的布置方式。

（2）頂板錨桿采用全長錨固，其他支護參數維持不變。

（3）非架棚段采用桁架錨索支護，采用桁架錨索支護頂板，錨索選用Φ17.8mm×4200mm的鋼膠線，錨索長度分別為：運輸巷上頂角6.4m，下頂角5.4m，回風巷上頂角6.1m，下頂角5.1m。孔深分別為：上頂角4.5m，下頂角3.5m。鉆孔與水平夾角分別為：上頂角50°，下頂角15°。每2m施工一組桁架錨索，每組2根，對稱布置，通過連接器連接。錨索安裝采用CK2340一卷及Z2388型樹脂錨固劑2卷，攪拌時間為45s，30min后上鋼托板張拉預緊，預緊力25MPa。

優化支護方案后，架棚工作量較現有架棚減少36.8%，較均勻架棚方式減少58.7%。具體支護見圖2。

圖2 巷道永久支護圖（錨網帶+錨索桁架梁支護）

3 施工工藝優化研究

（1）在開門點設計臨時儲矸倉，減少了主井皮帶運輸對迎頭掘進排矸的影響，當主井皮帶停止運行時，利用臨時儲矸倉儲存迎頭掘進的煤矸。

（2）優化架棚滯后距離，通過實踐得出最佳架棚滯后迎頭距離為5～15m。

（3）組建專業化架棚隊，利用早班上半班檢修時間進行集中架棚,要求架棚至迎頭以外5m，減少架棚對掘進的影響。

（4）利用綜掘機截割期間對架棚棚腿柱窩處進行超深截割，減少架棚人工鑿窩工作量，利用綜掘機機身進行棚腿架設，確保架棚速度及安全。

（5）利用早班檢修時間進行巷道標準化整治、打砌水溝、水倉等工作。

（6）非架棚段在2.5m處巷道中間位置打設一根木點柱作為信號柱，掘進及回采期間實時觀測信號柱變化情況，出現較大變形時及時架棚，防止頂板出現較大離層[5]。

（7）保證掘進支護施工質量，盡可能保證頂板平整，避免出現較大凹凸，影響錨桿支護效果。

4 實施效果

1301N工作面兩巷掘進期間，未發生冒頂片幫等較大變形。回采期間對工作面采場礦壓進行了觀測，分別在1301N運輸巷和1301N回風巷布置兩組測點[6]，觀測83d，觀測結果如圖3所示。

圖3 1301N運輸巷測點1巷道表面變形量

測點1的觀測結果表明，1301N回風順槽在工作面前方30m處開始顯著變形，在工作面前方15～16m處變形最大，觀測期間巷道兩幫累計變形量為42mm，巷道頂底板累計移近量為116mm。

圖4 1301N回風巷測點2巷道表面變形量

如圖4測點2的觀測結果表明，1301N運輸順槽在工作面前方27～28m處開始顯著變形，觀測期間巷道寬度累計變形量為34mm，巷道頂底板累計變形量為65mm。

綜上分析可知，采空區下順槽在該種支護強度下巷道變形量在可控范圍內。

5 結束語

通過1301N上下巷道的試驗，采用錨網帶+架棚支護以及錨網帶+錨索桁架梁支護均實現了極近距離老空區下復合頂板支護。通過施工工藝、勞動組織優化，掘進進尺由最初的180m提高到383m，提前兩月完成工程，為生產接續贏得了時間，上下順槽的支護強度滿足了回采期間的要求。