瑞龍煤業150201下綜放工作面過腰巷技術探討

（潞安集團山西壽陽潞陽瑞龍煤業有限公司，山西 壽陽 030300）

工作面推進中過腰巷已成為井工煤礦開采的技術難題，通過制定好工作面過腰巷的技術方案，可以有效地減少巷道片幫及冒頂事故的發生，保障工作面的安全、高效開采[1-4]。

1 工程概況

瑞龍煤業行政區劃屬解愁鄉管轄，井田東西長約2550m，南北長約1850 m。150201下綜放工作面位置位于井田西南部，地面標高為+1131～+1213m，對應地表為荒山溝谷，無建筑物。150201下綜放工作面開采標高+851～+895m，埋藏深度280～318m，平均深度299 m；所采15#下煤層的走向長度為970m，傾斜長度為167m，面積161990 m2。工作面腰巷沿15#下層煤底板掘進，位于150201下綜放工作面回風大巷平行往西717m，（軌道順槽往里717m，皮帶順槽往里792.7 m），掘進長度165m，斷面呈矩形，凈寬4.0m，凈3.0m，凈斷面12 m2，頂板煤幫均采用錨網支護，見圖1。

圖1 腰巷與采面相對位置關系

2 地質力學測試

本次研究在瑞龍煤業采用水壓致裂法進行地應力測量，采用鉆孔觸探法進行頂板以上10m范圍內和對應煤幫10m范圍內的煤巖體強度測試，采用孔壁觀察法進行頂板巖層分布情況和結構觀測[5]。地質力學測試的目的是為工作面過腰巷以及相應巷道的支護提供依據。

2.1 測點位置

根據實際應用的需要，本次測試測點選擇2個有代表性的地點，進行地應力、圍巖強度測試與圍巖結構觀測，目的是對瑞龍煤業研究區域巷道圍巖地質力學參數進行詳細了解，為合理確定巷道支護參數奠定基礎，測點位置見圖2。

圖2 第一測點位置

150101探巷沿15號煤層頂板掘進，巷道斷面為矩形，寬4.5m，高3.0m，凈斷面為13.5 m2，埋深約350m，采用錨桿+鋼筋托梁+網+錨索聯合支護，第一測點布置在150101探巷570m處見圖3。

圖3 第二測點位置

150104輔助運輸大巷沿15號煤層頂板掘進，道斷面為矩形，寬4.5m，高3.0m，凈斷面為13.5 m2，埋深約347m，采用錨桿+鋼筋托梁+網+錨索+噴漿聯合支護，第二測點布置在輔助運輸大巷中。

2.2 圍巖結構分布及結構觀測

圍巖結構測試的第一項是進行圍巖結構觀測，其目的有兩個。其一，通過圍巖觀測可以了解巷道頂板一定范圍內的巖層分布和結構面及煤層完整性等情況；其二，通過分析圍巖結構觀測結果來選取水壓致裂法地應力測量試驗段。本文采用電子鉆孔窺視儀對圍巖結構進行觀測，其觀測結果，見圖4、圖5。

圖4 第一測點頂板巖層結構觀測結果

圖5 第二測點頂板巖層結構觀測結果

根據測點的鉆孔觀測結果，并結合收集到的相關地質資料綜合分析可以得到：距離巷道頂板以上0～3.3 m為粉砂巖，呈深灰色，該段巖層基本完整，只在3.1 m和3.2m處有明顯裂隙；3.3～8.3 m為砂質泥巖，呈灰黑色，泥質膠結，該段巖層存在較多的微裂隙；8.3～12.1 m為細砂巖，呈深灰色，鈣質膠結，其中9.2～9.7 m明顯破碎，9.7～12.1 m巖層完整；12.1～14.9 m為炭質泥巖，巖層呈黑色，該段巖層裂隙發育，完整性差；14.9～15.3 m為14號煤，破碎，出現空洞離層；15.3～16.4 m為炭質泥巖，完整，16.4～16.6 m為泥巖夾層；16.6～18.0 m為細砂巖，呈深灰色，該段巖層完整；18.0～18.9 m為13號煤，破碎，出現空洞離層；18.9～19.6 m為m3石灰巖，該段巖層完整。根據鉆孔窺視結果，9.7～12.1m、16.6～18.0 m為細砂巖，這兩段巖層完整，適合進行水壓致裂實驗。

2.3 地應力測試

本文采用SYY-56型水壓致裂地應力測量儀進行原巖應力測定，通過對壓裂過程中的壓力和時間進行實時采集，得到每個測點的水力壓裂曲線，并根據水力壓裂曲線得到應力計算所需要的破裂壓力、重張壓力和瞬時關閉壓力[4]。

第一測點的地應力測試結果見圖6，測點處巷道高度3.0m，測試段距孔口17.0 m。

圖6 第一測點地應力測試曲線

第二測點地應力測試結果見圖7，測點處巷道高度3.0m，測試段距孔口18.5 m。

圖7 第二測點地應力測試曲線

表1 瑞龍煤礦水壓致裂地應力測量結果

兩個測點最大水平主應力方向分別為N46.2°E和N58.5°E，地應力場最大水平主應力方向為NEE方向，地應力場在量值上屬于低應力值，其方向與腰巷的方向平行，對腰巷的支護方式影響不大。

2.4 圍巖強度測試

地應力測試結束后，在地應力測試孔中借助WQCZ-56型圍巖強度測試裝置對巷道頂板以上及巷幫10m范圍內的巖體進行原位強度測試，測試數據經過統計、分析和換算后，得到瑞龍礦頂板和幫巖體強度分布情況見圖8、圖9。

圖8 第一測點頂板巖體強度測試結果

圖9 第二測點頂板巖體強度測試結果

綜合兩個測點的測試結果，頂板以上0～3.3 m為粉砂巖，巖體強度平均值為52.12MPa；3.3～8.3 m為砂質泥巖，巖體強度平均值為40.91MPa；8.3～12.1 m為細砂巖，巖體強度平均值為86.30MPa。

3 過腰巷準備工作

1）做好工作面排水準備工作，工作面轉載機一側最低點做好水窩，并準備備用的BQW80-50-18.5型潛水泵一臺，膠帶順槽第一、二水窩水泵提前檢修，滿足一用一備，并指定專人專班清挖水窩沉淀淤泥，防止隨著工作面不斷推進而工作面水量增大。

2）提前將兩巷及腰巷內的雜物、廢料以及不用的設備清理干凈。

3）準備ZQT-130/3.2型錨桿鉆機1臺及配套的鉆桿、鉆頭，錨索漲拉泵，風水管路。

4）備足過腰巷所需的支護材料，單體柱、大板、Φ17.8 m×8.3 m錨索、網卷、π型梁、錨固劑、帶帽點柱等支護材料。備用量不得少于工作面用量的50%，材料集中分類堆放在工作面回風寬敞的地方，保證不影響通風、行人。

5）加強綜采設備的檢修工作，保證工作面所有設備完好，運轉正常，消除機電設備的失爆，確保液壓管路不漏液，閥組不竄液。

6）設備、支架易損配件配備充足，防止損壞時能及時更換。

4 過腰巷施工工藝

4.1 提前對腰巷加固支護

150201下綜放工作面回采至距腰巷80m處時，開始準備好支護用的材料運輸到工作面軌道順槽，利用檢修班安排專人進入腰巷內加固，其中靠工作面煤幫200 mm處頂板采取補打錨索加π型梁支護，錨索須采用8#鉛絲與頂板栓緊，巷道中部打設帶帽點柱，支護項目：頂板錨索，對腰巷進行加固支護，采用Φ17.8 m×8.3 m錨索，采用1根K2335和2根Z2360 藥卷兩種錨固劑進行錨固，錨固力不得小于300 kN；腰巷中部打設信號點柱進行加固：使用Φ200 mm新鮮圓木作為點柱，每間隔5 m打設一根，打設在巷道中部。要求柱窩深度不得小于150 mm，下方墊250 mm×250 mm×50 mm厚木托盤；腰巷與膠帶順槽打設#字木垛：使用Φ200 mm×2 m圓木，木垛打設在巷道中部，距離巷道左右兩幫間距各1000 mm，間距20 m一個，距離巷口5 m打設第一個，依次由膠帶順槽向軌道順槽施工，共計打設5個。

圖10 150201下綜放工作面腰巷加強支護

4.2 回采工藝

（1）工作面回采距離腰巷50m時，工作面開始調斜，使機尾超前機頭15～20m，控制好前、后刮板輸送機與轉載機搭接長度，機尾以采煤機割通煤墻最為合理。

（2）工作面回采距離腰巷剩余30m時，必須將腰巷的加強支護全部完成，否則停產處理；檢查頂底板變化情況，防止腰巷出現頂板下沉或底板底鼓造成工作面與腰巷對應地點標高不統一而無法正常通過；將腰巷兩幫每排的頂腳、底腳錨桿退螺絲帽，回收錨桿托盤。

（3）工作面推進距離腰巷30m時，開始對兩巷超前支護距離加長到50m，并按照作業規程要求進行打設。

（4）工作面推進距離腰巷20 m到全部通過腰巷后的時段內，必須加強對設備的檢修及維護力度，保證設備以良好的狀態安全、順利地通過腰巷。

（5）本次過腰巷采取工作面調斜（初步確定為機尾超前機頭10 m），機尾先進入腰巷，進行斜采推進，減少腰巷的揭露長度(最大揭露長度13.36m，推進度為800 mm，每次最大揭露10架)，逐步揭露腰巷。

5 兩端頭及兩巷超前支護管理

1）端頭支護：端頭每進一個循環，在端頭架2#、3#架和4#架上一層規格6 m×1 m雙金屬網，網上橫擔3 m大板垂直與支架維護端頭頂板，端頭1#架與外煤墻空頂區采用 2 mπ型梁配合DW35-200/110型單體柱，以1 m排距打設一梁兩柱棚來維護端頭區頂板

2）端尾支護方法與端頭相同。

3）工作面上下兩巷安全出口必須暢通，以保證緊急情況下人員的撤離路線，工作面上下出口的高度必須大于1.8m，寬度不得小于0.8 m。

4）工作面兩巷超前支護使用π型梁配合DW35-200/110型單體柱架設，一梁三柱，且超前維護長度不得小于40m，并嚴格按照《150201下綜放工作面回采作業規程》的質量要求進行打設，缺棚短柱及自落柱要及時安排人員補打替柱。

5）工作面推進到腰巷時，驗收員每班要巡查腰巷及兩巷交叉處頂板的破碎情況，當兩巷壓力顯現嚴重時，要適當增大兩巷超前棚單體柱支護密度。

6 結語

1）從鉆孔窺視結果來看，15號煤層頂板10m范圍內與錨桿支護直接相關的煤巖體巖性主要為粉砂巖、砂質泥巖、炭質泥巖和細砂巖。

2）水壓致裂地應力測試結果表明：測試區域地應力場在量值上屬于低應力值區域，井下地應力場類型為σH＞σh＞σv，地應力場最大水平主應力方向為NEE方向。

3）圍巖強度測試結果表明：頂板以上0～3.3 m為粉砂巖，巖體強度平均值為52.12MPa；3.3～8.3 m為砂質泥巖，巖體強度平均值為40.91MPa；8.3～12.1 m為細砂巖，巖體強度平均值為86.30MPa。

4）工作面過腰巷前，對腰巷打錨索棚梁加強支護，維護腰巷頂板不破碎；對工作面進行調斜布置，機尾超前機頭，減少腰巷的揭露長度，逐步揭露并通過腰巷。