沿空留巷過“十”字巷道提前留巷技術研究

高 山

（晉能控股煤業集團晉圣億欣煤業，山西 晉城 048200）

1 礦井概況

1.1 地質賦存條件

億欣煤業井田呈不規則多邊形，東西走向最寬9.5 km，南北最長約6.2 km，開采標高為1 530～640 m。可采15 號煤層，一般厚1.60～3.81 m，平均厚2.55 m，屬穩定可采煤層；本組地層平均厚度44.0 m，其中2 號煤層厚0.25～3.15 m，平均厚1.50 m。

1.2 水文情況

井田內地形總體西高東低、南北高中部低，沖溝發育，據實地調查，本區形不成大的洪流，溝谷內的洪水屬即排即泄型。歷史最高洪水水位在井田區以南溝谷，標高約1 129.50 m，億欣煤業設計利用原富景西都煤業有限公司工業廣場，標高為1 136.0 m，主井口標高為1 136.1 m，副井標高為1 136.1 m，風井標高為1 135.576 m。

2 工作面概況

2.1 工作面的位置

XV1307 綜采工作面位于15 號煤層一盤區東軌道大巷南側，XV1306 綜采工作面（已采） 東側，XV2306 工作面（正在布置）西側。工作面傾斜長度為180.00 m（XV1214 巷巷中 -XV1213 巷巷中），走向長度為673.6 m，煤層平均厚度為2.24 m。

2.2 煤層頂、底板

工作面煤層頂、底板情況見表1。

表1 煤層頂、底板情況

2.3 水文地質情況

XV1306、XV1307 工作面水文地質條件較為簡單，主要充水源為上覆地層層間裂隙水，預計最大涌水量為30 m3/h，正常涌水量為10 m3/h，對切頂切壓留巷造成的影響較小。

2.4 頂底板巖性

從ZK3-3 柱狀可知，基本頂為K2 灰巖，直接賦存在煤層上方，厚8.9~16.36 m；在頂板下位上方8.9m 處有厚度為1.7 m 的砂質泥巖和0.4 m 的煤線。

3 沿空留巷簡介

3.1 總體方案

1）切得開：通過切縫孔配合聚能管進行爆破，單向切開巷道與工作面頂板聯系，將頂板受力三角區轉移至工作面內。

2）支得住：利用恒阻錨索進行補強加固，控制頂板下沉量。

3）擋得住：工作面推進過程中，頂板垮落，U 型鋼梁及鋼筋網能起到有效擋矸作用。

4）護得住：預留巷道會受到動壓影響，采用π型鋼梁加1 梁4 柱支護。

3.2 具體步驟

1）恒阻錨索加強支護，按所設計的支護參數施工恒阻大變形錨索加固巷道，并在切縫側恒阻錨索沿著巷道走向添加W 鋼帶提高整體支護性能。

2）切縫孔施工位置為切縫孔布置與頂板垂線夾角為15°，切縫孔間距500 mm，距工作面煤壁200 mm，允許誤差±50 mm，眼深10 m，正向裝藥。

3）待工作面回采后，及時在兩巷端頭支架后安設“1 梁4 柱”，在靠近采空區側鋪設鋼筋網、安設單體柱和可縮性U 型鋼。

4）待巷道穩定后，通過各類礦壓數據及人工測站分析，在架后0～200 m 穩定區段，逐步撤除巷幫及巷內單體柱。

4 “十”字巷道提前留巷支護計算

4.1 “十”字巷道礦壓顯現

億欣煤業XV1307 工作面正常回采，當工作面推進至XV1214 巷距離XV2306 工作面切眼30 m 范圍內時，XV1214 巷超前支護范圍內局部頂板出現了破碎現象，伴隨幫鼓、片幫，XV1307 工作面前半部1-20 號支架壓力表讀數增大，煤體片幫增大，偶爾出現煤炮等現象。隨著XV1307 工作面推進，XV2306切眼內也有一定礦壓顯現。

XV1307 工作面原計劃當推進至XV1214 巷距離XV2306 工作面切眼5 m 時，開始正常沿空留巷。目前面臨“十”字巷道礦壓顯現明顯，為確保XV1214巷道留巷的完好以及XV2306 工作面切眼支護完好，XV1307 工作面正常回采通過此段，臨時制定措施，XV1214 巷提前25m 留巷、對XV2306 工作面切眼進行補強支護，XV1307 工作面內1-20 號支架要升緊支架，保證初撐力達標。“十”字巷道具體位置見圖1。

4.2 巷道原支護

XV1214 巷巷道凈斷面5 m×2.5 m，目前工作面推進至十字巷道口約30 m，XV1214 巷及XV2306 工作面切眼、XV1307 工作面礦壓顯現，XV1214 巷道局部圍巖出現變形，幫部出現片幫。

圖1 “十”字巷道位置示圖

4.2.1 理論計算法

XV1214 巷超前支護強度

PL=K×Kd×2a×γd

式中：K為工作面超前支護圍巖狀況修正系數，取1.1；Kd為工作面采動應力作用下超前支護段的動載系數，根據本工作面預計的礦壓顯現程度進行選取，一般選取1.5-2；2a為工作面超前支護巷道寬度，m；γd為頂板巖石容重，kN/m3，一般取 25 kN/m3。

4.2.2 原有巷道支護強度

XV1214 巷為初次使用巷道，凈斷面為5 m×2.5 m，每根鋼筋托梁施工4 根錨桿，每根錨桿錨固力為126 kN，錨索排距5.4 m，錨索預緊力要求不低于120 kN。

XV1214 巷超前支護段，

式中：Ps為超前支護段原巷道掘進（或維修時）的設計支護強度；K為工作面超前支護段圍巖狀況修正系數。

4.2.3 加強支護強度應滿足

XV1214 巷超前支護

P≥PL-Py=275 kN/m2-48.35 kN/m2=226.65 kN/m2

4.3 加強支護

1）恒阻錨索主動支護補強后。

3）被動支護。采取工字鋼梁配合1 梁4 柱，工字鋼梁0.5 m 排距，支護強度：

P=90×4/50×0.5=144 kN/m ＞ 137.044 8 kN/m2

滿足支護要求。

5 “十”字巷道提前留巷支護方式

5.1 主動支護

XV1214 巷距XV2306 切眼20 m 范圍內采用恒阻錨索加W 鋼帶主動支護頂板補強支護，共施工3排，具體規格及參數如下。

施工第1 列恒阻錨索，距留巷幫600 mm，恒阻錨索排距1 000 mm；第2 列恒阻錨索距第1 列恒阻錨索間距1 000 mm，第2 列恒阻錨索排距為2 000 mm，恒阻大變形錨索垂直于頂板方向布置，托盤選用300mm×300mm×20mm 的平托盤，中間加工直徑100 mm 的圓孔；距第2 列恒阻錨索間距1 700 mm施工第3 列恒阻錨索，第3 列恒阻錨索排距為2 000 mm，施工時與頂板75°。具體見圖2。

圖2 恒阻錨索及π 型鋼梁支護示意圖

5.2 切縫孔預裂爆破

在XV1214 巷內距十字口巷道位置20 m 范圍施工切縫孔，切縫孔施工位置為切縫孔布置與頂板垂線夾角為15°，切縫孔間距500 mm，切頂線距工作面煤壁200 mm，允許誤差±50 mm，眼深10 m。使用聚能管進行切縫，一次最多起爆8 個炮眼，每爆破4個眼，中間留1 個炮眼不起爆，作為觀測頂板窺伺孔，觀察頂板變化。

5.3 擋矸支護

U 型鋼頂部帶有鋼管側插在切頂線爆破孔內，下部支在預先挖好的排水溝內確保在實底上，支設好的U 型鋼之間采用“加工的連接片”聯鎖。鋼筋網為直徑為6.5 mm 的鋼筋焊接網，每卷鋼筋網尺寸為1 600 mm×2 500 mm，鋼筋網與鋼筋網之間重疊100 mm，并用聯網絲捆扎，鋼筋網與原支護網連接采用寬度為400 mm 菱形網連接。U 型鋼間距500 mm。為防止矸石將U 型鋼梁推出，在U 型鋼梁中間緊貼連接片支設1 根單體柱，單體柱與U 型鋼梁間距250 mm。具體見圖3。

圖3 擋矸與臨時支護側視圖

5.4 被動支護

5.4.1 XV1214 巷道架棚

1）架棚區段為XV1214 巷內從XV2306 切眼南幫開始向南25 m。采用L=4.8m 12 號工字鋼棚梁，25U 型可伸縮型棚腿（上棚腿長度為1.34 m，下棚腿長度為 2.04 m），DW31.5-200/100 型或者DW28-250/100 型液壓單體柱，岔角值0.5 m。工字鋼棚梁棚距為0.5 m，允許有50 mm 誤差，一共架設50架，架棚保證1 梁4 柱。

2）盤幫勾頂。背板交錯布置，背板間距不大于0.8 m。

3）工字鋼棚梁沿著XV1214 巷巷道東西方向架設，靠煤柱側架設25U 型可伸縮型棚腿，棚腿緊靠煤柱，用背板背牢背實，棚腿見用拉鉤拉緊。靠XV1307工作面回采側架設液壓單體柱，單體柱架設在工字鋼卡頭以外，架設單體柱要求挖柱窩，寬度不小于150 mm，深度不小于300 mm。為保證支護效果，在工字鋼梁中間使用錨索加槽鋼來固定工字鋼梁。

4）沿著棚梁下面順著巷道南北方向架設“抬棚”，使用5m 板料配合液壓單體柱架設。5 m 板梁架設在棚梁卡頭以里，并使用錨鏈將同一架棚梁下的液壓單體柱和板梁固定牢靠，用木楔背緊。

5.4.2 XV2306 切眼打木垛補強支護

提前在XV2306 切眼內與XV1214 巷交叉口處施工5 根鎖口錨索，間距2 m，在XV2306 切眼內施工密集聯鎖木垛。

5.4.3 XV1307 工作面

通過十字交叉口前后20 m 范圍內時，XV1307工作面支架要全部升緊，確保初撐力達標。

5.5 礦壓觀測

5.5.1 工作面液壓支架壓力監測

每架安裝1 個YHY60（B）數字壓力計，便于人工觀測過“十”字交叉巷道期間，頂板周期來壓，尤其是1-20 號架支架前、后柱工作阻力值達到35 MPa上下。

5.5.2 巷道原頂板離層監測

XV1214 巷能每30~40 m 安裝1 個頂板離層儀，淺部及深部離層值均為0~150 mm，過“十”字交叉巷道期間，XV1214 巷內接近XV2306 切眼前后2 個頂板離層儀由原來的10 mm 左右離層在通過時最大達105 mm，頂板已處于危險狀態，需及時采取措施。

5.5.3 錨索抗拔力檢測

錨索抗拔力檢測儀器使用錨索拉力計進行，現場使用錨索張拉機TMQ22-520（該型號退錨、張拉兩用）。按要求每班監測3 根。過“十”字交叉巷道期間，監測錨索拉拔力為出現錨索不合格現象。

5.5.4 單體支柱受力監測

每班監測超前支護單體柱受力情況，人工持測柱儀監測，過“十”字交叉巷道期間，單體柱受力明顯增大，均在22 MPa 以上。

5.5.5 人工測站觀測

圖4 十字測站示意圖

XV1214 巷沿空巷段距留巷開始位置每20 m 布置1 個人工測站，用于觀測巷道受采動影響的變形情況。具體見圖4。

過“十”字交叉巷道期間，觀測AO 頂板下沉量達到最大300 mm，觀測CO、DO 幫部變形量達到最大400 mm，觀測AB 底鼓量達到最大300 mm。和以往沿空留巷不通過“十”字巷道觀測數據相比，頂板下沉、底板鼓起及幫部變形量明顯增大。

6 結束語

此次在XV1214 巷沿空留巷，第一次過“十”字巷道提前補強支護，通過各類礦壓數據分析及現場觀測頂、底板變化，提前計算制定了主動補強錨索、被動架設工字鋼梁加固的支護方案，采空側行之有效擋矸支護，回采過后，頂、幫支護效果較為完好，為今后類似工作面通過“十”字交叉巷道提供了寶貴的現場經驗。