永定莊煤業公司3-5#層5102運輸巷掘進和支護設計方案研究

李向利

（大同煤礦集團永定莊煤業公司，山西 大同 037024）

1 概況

同煤集團永定莊煤礦3-5#層北盤區5102巷為8102工作面的運輸巷，采用小煤柱臨空掘巷，與3-5#層8103工作面采空區相隔8m保護煤柱，周邊無老空區。煤層瓦斯相對涌出量8.55m3/t，瓦斯絕對涌出量0.68m3/min。

8102工作面煤層總厚度23.4～32.3m，平均27.73m，5102巷煤層傾角0°～3°，平均2°，煤層最多發育26層夾矸，巖性主要為高嶺巖、炭泥巖、煌斑巖、粉砂巖、砂質泥巖、泥巖等。根據8103工作面巷道揭露、探頂底資料情況，5102巷預計在177～350m處受火成巖侵入影響，且主要侵入煤層頂部，煤質變為天然焦。煤層基本頂為平均厚度15.32m的砂巖，直接頂為平均厚度2.7m的粉砂巖，直接底為平均厚度2.51m的泥巖、粉砂巖。

2 巷道掘進布置和掘進工藝

2.1 巷道布置方案

5102巷道斷面設計為矩形，毛寬4.8m，毛高3.8m（表1）。受動壓影響，需在巷道底板近8103工作面側施工泄壓槽，泄壓槽規格：寬×深＝40cm×50cm。

表1 巷道設計參數表

2.2 巷道掘進工藝

5102巷采用綜合機械化掘進工藝，從與8102切巷交點處開口，向外沿3-5#層煤層底板留頂煤施工掘進。采用EBZ-260H型掘進機進行截割施工，用DZQ80/30/15型橋式轉載機配合三部DSJ-800型帶式輸送機完成運輸作業，使用EBZ-260H型掘進機完成割巷作業。巷道支護使用MQT-130/2.7型氣動錨桿鉆機、ZQS-50/1.8S型氣動手持式鉆機、MQTB-80/2.3氣腿式幫錨機和7655風鉆，采用鉆孔泄壓和泄壓槽方式泄壓。泄壓槽布置在掘進斷面的左下角（近煤柱側），規格：寬×深＝40cm×50cm。5102巷掘進時遇火成巖入侵，機組截割困難時采用鉆眼爆破方式施工，鉆眼爆破時使用7655風鉆濕式鉆眼。

3 5102巷道的支護設計和工藝

3.1 支護設計方案

結合3-5#層其他已掘相鄰巷道頂板支護情況分析，用錨桿+錨索聯合支護頂板效果良好，能有效地保證頂板的整體穩定，本巷道施工仍采用錨桿和錨索聯合支護形式（表2、圖1）。

圖2 巷道支護方案圖

巷道支護錨桿長度應不小于2.1m，對比相鄰礦井同煤層及我礦同煤層已掘巷道支護經驗，為提高支護安全系數，經過工程類比最終確定本巷道掘進支護錨桿長度為2.4m。巷道錨桿直徑為22mm。由公式（1）計算可得巷道錨桿間排距取值不大于0.96m即可。結合施工巷道寬度，為提高支護安全系數，最終確定本巷道頂板支護錨桿間距0.8m，排距0.9m，錨桿錨固長度為1.2m，巷道頂板錨索長度為8.3m，直徑為Φ21.8mm。

式中：

a-錨桿間距，m

Q-錨桿錨固力，取100kN；

k-安全系數，取1.8；

在解這道題時，學生就要先分析電阻與滑動變阻器的串并聯關系，找到電表測量的用電器，仔細的分析電路圖，當滑片b端滑到a端時，滑動變阻器的阻值變化情況。在結合題目所給已知條件求解問題。

γ-巖體容重，26kN/m3（據《大同煤礦集團有限責任公司巷道錨桿支護技術規范（試行）》，2015年9月）

L2-錨桿有效長度，取2.3m。

由于5102巷實施小煤柱臨空掘巷，與8103工作面采空區相距8m保護煤柱，受應力的二次分布的動壓影響較大，為提高支護安全系數，確定頂板錨索間距1.6m，排距0.9m。錨索錨固長度為1.6m，頂板支護錨索每0.9m布置3根，按間距900×1600mm吊掛三眼JW錨索鋼帶，在施工過程中錨索預緊力應不小于350kN，錨索錨固力不小于520kN。

表2 支護材料參數表

3.1.1 永久支護

頂板采用錨桿及錨索聯合支護形式作為永久支護。5102巷頂板支護選用Φ22mm×2400mm金屬螺紋鋼錨桿，配合長× 寬 × 厚 ＝4400mm×280mm×4mm六 個 孔的W鋼帶和6000×1300mm的金屬菱形網和130mm×130mm×10mm拱形托盤聯合支護，錨桿間距0.8m，排距0.9m；頂板每兩排錨桿中間布置三根錨索，錨索選用Φ22-1x19-8300mm高強度鋼絞線，配合三眼3.8mJW錨索鋼帶，配套200mm×200mm×16mm托盤，錨索間距1.6m，排距0.9m。錨桿、錨索均沿巷道頂板中心線對稱布置。

5102巷兩幫頂角處每隔1.8m各打一根Φ21.8mm×5300mm錨索，配合0.6m長的11#礦用工字鋼梁吊掛。在巷道兩頂幫角前后兩個角錨索之間各打一對Φ22mm×2400mm金屬螺紋鋼錨桿角錨桿，配合長×寬×厚＝450mm×280mm×4mm單孔W型鋼帶，即巷道兩幫頂角處以0.9m的排距交錯布置角錨索和角錨桿加強支護。

巷道施工中當頂板破碎、不平整無法使用整根W鋼帶或JW錨索鋼帶時，可使用短節鋼帶（450mm×280mm×4mm單孔W型鋼帶）代替整塊W鋼帶支護，可使用短節工字鋼梁（1.0m長11#礦用工字鋼）或者高強度拱型托盤（長×寬×厚=300mm×300mm×16mm）代替整塊JW鋼帶支護，同時將錨桿、錨索支護間排距分別縮小為800mm×800mm、1600mm×800mm。

3.1.2 巷幫支護

5102巷兩幫每隔0.9m各布置Φ22-1x19-5300mm錨索3根，配套200mm×200mm×16mm托盤，配合長2500mm的三眼（眼距1m）JW錨索鋼帶，固定長×寬=3700mm×1700mm的金屬菱形網，采用長邊順巷方向布置。護幫錨索垂直于巷壁安裝，上部第一根護幫錨索距頂板0.4m，間距1m，排距0.9m。

巷道兩幫距底板0.5m處，與護幫錨索齊排各布置一根Φ22×2400mm螺紋鋼錨桿，配套短節W鋼帶，施工角度為-20°

3.2 支護工藝

5102巷采用綜合機械化掘進工藝，臨時支護采用機載前探支護（支護控頂范圍1.3m）。鉆眼爆破施工時采用滑移式前探支護進行超前支護（支護控頂范圍2.0m）。

錨桿支護施工方法和安全技術要求：施工前進行安全檢查（頂板、瓦斯、工程質量、探頭位置）→敲幫問頂 → 臨時支護 →施工錨桿眼 →安裝錨桿、鋼帶 →緊固并用扭力矩板手檢查扭力矩是否合格 →進行收尾，整理工程質量。

錨索施工方法與技術要求：施工前進行安全檢查（頂板、瓦斯、工程質量、探頭位置）→敲幫問頂 → 臨時支護 →施工錨索眼 →安裝錨索 →安裝JW錨索鋼帶→預應力漲拉→進行收尾，整理工程質量。

5102巷掘進方向左側與8103工作面采空區隔離8m煤柱，5102巷煤柱側巷幫必須進行噴漿，以加強支護并減少有害氣體逸出，砼強度為C20，噴砼厚度100mm（初噴：10～50mm，復噴：100mm）。錨噴巷道噴層厚度不低于設計值90%（現場每25m打一組觀測孔，一組觀測孔至少3個且均勻布置），噴射混凝土的強度符合設計要求。

4 結論

為滿足永定莊煤礦3-5#煤層開采中運輸作業的需求，設計了5102運輸巷道的掘進和支護設計方案。該巷道設計斷面為矩形，設計長度為1073.3m，采用錨桿和錨索聯合支護頂板形式。用EBZ-260H型掘進機進行截割施工，用DZQ80/30/15型橋式轉載機配合三部DSJ-800型帶式輸送機完成運輸作業。該方案在巷道掘進過程中取得了良好的支護效果，有效地控制了巷道頂板及兩幫的變形。