15#煤采空側巷道高應力區設計優化研究

張麗斌

(山西國辰建設工程勘察設計有限公司，山西 陽泉 045400)

1 研究背景

15#煤下層采空側高應力巷道的安全狀況，一直是影響煤礦安全高進高效的難題。由于受采空區的影響及掘進期間與回采巷道交鋒，掘進過程中動壓巷道的礦壓顯現明顯，巷道側壓大，兩幫及巷道底鼓變形嚴重一直是困擾我礦綜掘的主要問題，已成為制約安全生產的最大瓶頸[1-3]。

2 實施方法和技術路線

從技術因素來看，15#煤下層動壓巷道的基本特點在于巷道在掘進過程中，多數處于原始應力場中的靜壓狀態，一旦受到周圍的采動影響，在各種集中壓力作用下，改變了原巖應力場中的靜壓狀態，應力值突然增大，導致巷道圍巖應力的再次或多次重新分布。因此，我礦對15#煤采空側高應力巷道進行了層位優化設計，提出采用上層掘進方案，從施工工藝、巷道斷面支護參數兩個方面進行優化。

2.1 巷道施工層位優化

15#煤下層采空側高應力巷道優化前均沿15#煤層底板布置，層位優化設計后，采空側巷道沿15#煤直接頂開口掘進至距切巷距離100 m時，按12°下坡掘進至下層后沿15#煤底板掘進到指定位置后停止掘進。

15#煤采空側高應力巷道層位優化設計后，巷道的頂板比原來15#煤拖頂煤的頂板較好管理，因掘進速度提高，出面時間相對較快，回采銜接時間也進一步提前，兩幫的位移量比15#煤拖頂煤掘進期間的位移量較小，巷道的底鼓量比15#煤拖頂煤掘進期間的底鼓量沒有明顯的變化，15#煤托頂煤掘進期間的底板為15#煤底板，底鼓后起底為巖石底板工程量相對較大、工人施工困難，巷道優化設計沿15#煤直接頂開口，底板為煤底板底鼓后工程量相對較小，起底速度較快，不影響進尺，層位優化設計后將改善我礦的采空側巷道變形嚴重、重復整巷等問題，進一步提高了我礦采空側巷道的單進水平。

2.2 斷面支護參數優化

2.2.1 15#煤下層采空側巷道平面圖(設計優化前，見圖1)

圖1 15#煤下層采空側巷道平面圖(mm)

K8208回風采用“雙錨、托棚”聯合支護。“雙錨”即頂部采用“短錨索+網+鋼帶+加強錨索”，兩幫采用“幫錨桿+網”支護，煤柱幫幫錨索補強支護。 頂部6根短錨索和1根中路加強錨索(M鋼帶壓網)，間距700 mm，排距800 mm，幫錨桿每排8根(壓網)，每幫4根，間距870 mm，排距800 mm；加強錨索布置兩路，距巷中1.15 m各一根，排距1.6 m。托梁平行于頂鋼帶布置。煤柱幫布置兩路錨索，間距1.1 m，排距1.6 m ，最上一路距頂板900 mm，托梁垂直于巷道底板布置，頂幫網必須鋪設雙層網。托棚支護：巷道左右兩幫各支一路，托棚距巷幫不大于0.5 m，行人幫靠皮帶架布置一路。托棚至少一梁四柱支設，托棚梁采用Φ20 cm×4 800 mm的一面平大梁，柱為2.18 m～3.15 m的DWX系列懸浮單體柱或2.8 m～3.5 m的DW系列單體柱。

2.2.2 15#煤上層采空側巷道平面圖(設計優化后，見圖2)

圖2 15#煤上層采空側巷道平面圖(mm)

K8305回風采用 “錨桿、W鋼帶、網、加強錨索”支護，頂部W鋼帶布置6根錨桿，間距840 mm，排距800 mm，加強錨索布置兩路，排距0.8 m，距巷中1.15 m各一根，錨索托梁平行于鋼帶布置。兩幫采用“幫錨桿、網”支護，煤柱幫幫錨索補強支護。幫錨桿每排8根，每幫4根，間距870 mm，排距800 mm；煤柱幫布置兩路幫錨索，間距1.1 m，排距1.6 m ，最上一路距頂板900 mm，托梁垂直于巷道底板布置。

3 工業性試驗情況

我礦一直在研究15#煤下層采空側高應力巷道的支護及掘進緩慢等問題，2015年12月開始在K8305回風層位優化設計，由原設計沿15號煤下層布置改為上層布置，來改善我礦動壓巷道掘進緩慢及變形嚴重的問題，優化層位后我礦15#煤下層采空側巷道月平均進尺在220 m以上，K8305回風設計長度1 650 m，優化設計后8個月施工完畢，相比未技改前提前2個月出面。

K8305回風層位優化后掘進節約成本980元/m，合計161.7萬元；取消了超前支設的順巷托棚，每月按掘進220 m算，需單體柱570根，每根單體柱的租金為3.8元，1 650 m巷道節約單體柱租金為428.9萬元；取消了雙網每米節約成本100元，共計16.5萬元；累計607.1萬元。

4 結語

通過對15#煤下層采空側高應力巷道施工層位工藝革新和斷面支護參數進行優化。經項目實施證明，巷道成型好，變形量明顯減小，成本投入也大幅度降低，推廣應用前景廣泛。