余吾煤業(yè)井下巷道支護(hù)工藝的優(yōu)化研究

王艷濤

（山西省長(zhǎng)治市余吾煤業(yè)公司，山西 長(zhǎng)治 046100）

余吾煤業(yè)主采3#煤層，煤層的平均高度6.02 m，礦井采用立井開(kāi)拓方式，走向長(zhǎng)壁后退式采煤法。現(xiàn)正常回采2 個(gè)綜采面：N1105 工作面、S5206 工作面；預(yù)抽2 個(gè)工作面：N2203 工作面、S5101 工作面。目前余吾煤業(yè)在井下支護(hù)的過(guò)程中主要采用了錨、網(wǎng)、索聯(lián)合支護(hù)的方案，該方案雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，對(duì)復(fù)雜環(huán)境的適應(yīng)性強(qiáng)，但支護(hù)效率較低而且穩(wěn)定性較差，難以適應(yīng)大深度綜采作業(yè)時(shí)的巷道支護(hù)安全需求。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，余吾煤業(yè)在井下綜采作業(yè)擾動(dòng)和礦壓波動(dòng)的影響下，井下巷道圍巖變形大，片幫、冒頂事故發(fā)生率高，給井下的綜采作業(yè)效率和作業(yè)安全造成了嚴(yán)重影響。

針對(duì)余吾煤業(yè)井下的實(shí)際情況，本文提出了一種新的井下巷道支護(hù)工藝，將注漿加固、超前管棚支護(hù)、U29 型鋼棚支護(hù)等進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了井下復(fù)雜地形條件特別是過(guò)斷層時(shí)的可靠支護(hù)，有效地提升了煤礦井下巷道的支護(hù)穩(wěn)定性。根據(jù)在煤礦井下的實(shí)際應(yīng)用表明，該工藝能夠?qū)蓭臀灰屏拷档?9.5%，將頂板下沉量降低23.6%，有效解決了井下巷道穩(wěn)定性差的缺陷。

1 原支護(hù)方案

N1105工作面順槽永久支護(hù)斷面為5.4×3.8 m，目前主要采用了頂板+巷幫支護(hù)結(jié)構(gòu)，在進(jìn)行支護(hù)時(shí)主要以錨、網(wǎng)、索為核心進(jìn)行支護(hù)[1]。其整體支護(hù)結(jié)構(gòu)如圖1。

在支護(hù)時(shí)，錨桿選用的是直徑為22 mm 的高強(qiáng)度鋼筋，錨桿長(zhǎng)約2400 mm，以Z2350 型錨固劑進(jìn)行錨固，錨固長(zhǎng)度為1000 mm。錨桿的配件選用的是高強(qiáng)度螺母、調(diào)心球墊圈等，托板采用了規(guī)格為150 mm×150 mm×10 mm 蝶形高強(qiáng)度托盤(pán)，兩幫部錨桿從頂部向下第四根、第五根錨桿滯后工作面6 排打設(shè)。錨桿布置時(shí)間距和排距均為900 mm。

圖1 井下巷道支護(hù)結(jié)構(gòu)示意圖

托梁選用直徑為14 mm 的高強(qiáng)度鋼筋，長(zhǎng)度為3800 mm。錨桿設(shè)置時(shí)頂部的錨桿應(yīng)和水平線成5°的夾角，底板的錨桿和水平線應(yīng)呈10°的夾角，其他的錨桿應(yīng)和頂板垂直。錨網(wǎng)在布置時(shí)選用的規(guī)格為40 mm×40 mm。

2 新型支護(hù)工藝

由于井下地質(zhì)條件相對(duì)復(fù)雜，而且部分區(qū)域存在著斷層應(yīng)力區(qū)，傳統(tǒng)單一形式的支護(hù)方案無(wú)法滿足支護(hù)可靠性需求，因此提出了注漿加固、超前管棚支護(hù)和鋼棚支護(hù)相結(jié)合的支護(hù)方案[1]。

（1） 注漿加固。在迎頭位置設(shè)置一排注漿孔，各個(gè)孔間距離約1200 mm，每4 個(gè)注漿孔為一組，各個(gè)注漿孔和頂板的夾角約為65°，在兩幫處的鉆孔應(yīng)和巷幫呈55°的夾角。注漿孔設(shè)置完成后對(duì)其進(jìn)行放注漿管、封孔等處理。為了確保注漿時(shí)的可靠性，注漿孔封堵時(shí)應(yīng)采用快速凝結(jié)水泥，封孔的長(zhǎng)度不應(yīng)小于500 mm。待封孔完成后利用高壓泵進(jìn)行注漿，注漿料選用具有快速凝結(jié)效果的復(fù)合粘合劑材料，注漿時(shí)的工作壓力選擇為2.0 MPa。注漿過(guò)程中應(yīng)時(shí)刻注意注漿效果，若出現(xiàn)滲漏時(shí)，需要立刻停止并進(jìn)行加固處理[2]。

（2）超前管棚支護(hù)。巷道頂板注漿加固完成后，需要在頂板處設(shè)置一組管棚支護(hù)鉆孔，鉆孔直徑可以設(shè)置為40 mm，其深度不低于3500 mm，各個(gè)管孔的間距設(shè)置為500 mm，鉆孔時(shí)方向需要和頂板垂直。鉆孔設(shè)置完成后向內(nèi)放入Φ35 mm 的圓鋼，然后再利用鉆機(jī)和錨固劑對(duì)圓鋼進(jìn)行錨固，錨固的力矩不低于150 kN。錨固完成后將圓鋼漏出的部分使用錨索吊棚進(jìn)行固定，吊索的長(zhǎng)度為10 m，吊索上的工字鋼梁的長(zhǎng)度需要根據(jù)井下的實(shí)際情況選擇，滿足支護(hù)可靠性需求。

（3）U29 型鋼棚支護(hù)，又稱鋼棚支護(hù)[3]。在超前管棚支護(hù)完成后，巷道每掘進(jìn)2000 m，就在內(nèi)側(cè)設(shè)置一個(gè)寬度為5000 mm、長(zhǎng)度為4000 mm 的U29 型鋼棚。鋼棚在設(shè)置時(shí)需要提前設(shè)置穩(wěn)定且牢固的基座，避免受力情況下發(fā)生失穩(wěn)現(xiàn)象。在架設(shè)鋼棚時(shí)，需要先安裝底座然后再架設(shè)鋼棚的支撐，最后才能架設(shè)頂梁，保證在安裝過(guò)程中的穩(wěn)固性。

采用了注漿加固、超前管棚支護(hù)和鋼棚支護(hù)的支護(hù)方案，能夠充分發(fā)揮各種支護(hù)方式的優(yōu)點(diǎn)，提升巷道支護(hù)的可靠性。新型井下巷道支護(hù)結(jié)構(gòu)如圖2。

圖2 新型巷道井下支護(hù)結(jié)構(gòu)示意圖

3 新型支護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)用情況

為了對(duì)新型支護(hù)結(jié)構(gòu)的實(shí)際效果進(jìn)行分析，在井下巷道掘進(jìn)過(guò)程中采用了布點(diǎn)監(jiān)測(cè)[4]的方法，對(duì)優(yōu)化前后巷道頂板、兩幫和底鼓情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)。為了保證對(duì)巷道變形量的監(jiān)測(cè)效果，布點(diǎn)時(shí)首先將標(biāo)準(zhǔn)樁打入到頂板和兩幫內(nèi)，在標(biāo)樁的上側(cè)設(shè)置位移傳感器，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)巷道掘進(jìn)過(guò)程中變形情況的監(jiān)測(cè)，其結(jié)果如圖3。

圖3 優(yōu)化前后頂板及兩幫變形量對(duì)比

由圖3 可知，優(yōu)化前巷道頂板平均位移量約245 mm，優(yōu)化后巷道頂板平均位移量約187 mm，比優(yōu)化前降低了約23.6%。優(yōu)化前巷道兩幫的平均位移量約為679 mm，優(yōu)化后巷道兩幫的平均位移量約為207 mm，比優(yōu)化前降低了約69.5%。由實(shí)際監(jiān)測(cè)結(jié)果可知，優(yōu)化后顯著地提升了煤礦井下巷道的穩(wěn)定性，對(duì)提升巷道掘進(jìn)效率、提升巷道掘進(jìn)安全具有十分重要的意義。

4 結(jié)論

針對(duì)余吾煤業(yè)井下巷道支護(hù)工序多、效率低、穩(wěn)定性不足的難題，提出了一種新的井下巷道支護(hù)工藝。該工藝將注漿加固、超前管棚支護(hù)、U29 型鋼棚支護(hù)等進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用表明：

（1）采用了注漿加固、超前管棚支護(hù)和鋼棚支護(hù)的支護(hù)方案，能夠充分發(fā)揮各種支護(hù)方式的優(yōu)點(diǎn)，提升巷道支護(hù)的可靠性；

（2）新型支護(hù)方案夠?qū)蓭臀灰屏拷档?9.5%，將頂板下沉量降低23.6%，有效解決了余吾煤業(yè)井下巷道穩(wěn)定性差的不足。