西曲礦近距離煤層采空區(qū)下巷道支護(hù)的優(yōu)化

馮琦勇

（西山煤電（集團(tuán)）有限責(zé)任公司西曲礦，山西 古交 030200）

西曲礦4#煤層與上覆2.3#煤層的層間距較小，平均4.5～10 m，屬近距離煤層[1-2]。4#煤工作面兩巷一般布置在2.3#煤層采空區(qū)下，巷道掘進(jìn)期間，通常采用錨棚聯(lián)合支護(hù)的方式，存在安全系數(shù)低、井下作業(yè)人員勞動(dòng)強(qiáng)度大、掘進(jìn)工效低、支護(hù)材料消耗大[3]等方面的問(wèn)題。通過(guò)數(shù)值模擬、工程類比的方法[4-5]，提出了采用純錨支護(hù)的方式替代錨棚聯(lián)合支護(hù)思路，巷道斷面由梯形斷面改為矩形斷面，優(yōu)化了原支護(hù)方案，并在14305工作面正巷進(jìn)行了試驗(yàn)，取得了良好的效果。

1 概況

14305工作面蓋山厚度約為167～245 m，平均厚度207 m，工作面位于南三與北一盤區(qū)交界處，西南部為14301采空區(qū)及其空巷，西部為14302采空區(qū)，北部與東部由于煤層變薄而未開采。工作面上覆12315、12316工作面采空區(qū)，層間距4.5～10 m。

14305工作面正巷設(shè)計(jì)長(zhǎng)度414 m，副巷設(shè)計(jì)長(zhǎng)度378 m，切眼設(shè)計(jì)長(zhǎng)度200 m。14305工作面主采4#煤，該煤層為中厚煤層，煤層厚度2.67～3.25 m，平均厚度2.80 m，巷道跟頂掘進(jìn)，正巷內(nèi)錯(cuò)10 m布置在2.3#煤采空區(qū)下，如圖1。14305工作面于2020年7月3日開始掘進(jìn)，2020年12月20日構(gòu)成工作面，2021年2月2日開始回采，截至4月5日，工作面已安全推進(jìn)96 m。

圖1 14305工作面布置圖

2 原支護(hù)方案

正巷原斷面采用梯形斷面，上口凈寬3 m，下口凈寬4 m，凈高3 m，斷面積10.5 m2，如圖2。支護(hù)參數(shù)如下：頂錨桿間排距1000 mm×1000 mm，錨索間排距2000 mm×3000 mm，棚距為1 m，盤幫勾頂為盤六勾六，錨桿規(guī)格為Ф20 mm×2400 mm的螺紋鋼錨桿，錨索規(guī)格為Ф21.6 mm×4200 mm的鋼絞線。

圖2 原支護(hù)方案（單位：mm）

原支護(hù)存在的問(wèn)題：巷道掘進(jìn)期間，掘進(jìn)效率低下、作業(yè)人員勞動(dòng)強(qiáng)度大、耗材成本高；工作面回采期間，巷道翻修次數(shù)多，存在漏冒頂?shù)劝踩[患，且回收棚子難度大，影響進(jìn)度，不利于工作面安全高效生產(chǎn)。

3 優(yōu)化支護(hù)方案

通過(guò)數(shù)值模擬與工程類比的方法，優(yōu)化后的方案如下：14305工作面正巷斷面由梯形斷面優(yōu)化為矩形斷面，支護(hù)方式由錨棚聯(lián)合支護(hù)優(yōu)化為純錨支護(hù)，如圖3。

圖3 優(yōu)化后的支護(hù)方案（單位：mm）

（1）層間距為4.5～6.5 m之間時(shí)，正巷支護(hù)參數(shù)：

① 頂板采用錨桿+錨索+鋼筋梯梁+鋼筋網(wǎng)的支護(hù)方式

頂錨桿為矩形布置，每排打設(shè)五根，間排距850 mm×1000 mm，錨桿預(yù)緊扭矩不小于209 N.m，錨固力不小于105 kN。錨桿采用鋼筋梯梁聯(lián)結(jié)為一體，梯梁長(zhǎng)3.5 m。頂板鋪設(shè)1200 mm×3600 mm鋼筋網(wǎng)。頂板錨索間排距為2000 mm×2000 mm，預(yù)緊力不小于150 kN，錨固力不小于250 kN。頂錨桿規(guī)格為Φ20 mm×2400 mm的無(wú)縱肋螺紋鋼錨桿，頂板錨索規(guī)格采用Φ21.6 mm×4600 mm的鋼絞線。

② 幫部采用錨桿+鋼筋梯梁的支護(hù)方式

幫錨桿呈矩形布置，間排距1000 mm×1000 mm，幫錨桿規(guī)格為Φ20 mm×1800 mm的無(wú)縱肋螺紋鋼錨桿，錨桿預(yù)緊扭矩不小于209 N.m，錨固力不小于80 kN。兩幫掛設(shè)2.1 m長(zhǎng)鋼筋梯梁，滾幫大時(shí)掛設(shè)2.3 m×4.0 m鐵絲網(wǎng)。

（2）層間距為6.5～10 m之間時(shí)，頂板長(zhǎng)錨索采用Φ21.6 mm×6200 mm的鋼絞線，其他支護(hù)參數(shù)不變。

（3）頂板破碎時(shí)，在設(shè)計(jì)的支護(hù)基礎(chǔ)上采用工字鋼套棚加強(qiáng)支護(hù)，棚梁和棚腿均采用11#礦用工字鋼。棚梁長(zhǎng)為3.2 m（凈寬3.0 m），棚腿長(zhǎng)度為3.2 m（凈高3.0 m），棚距為1.0 m。

4 效益分析

優(yōu)化后的支護(hù)方案，降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，減少了材料消耗，提高了掘進(jìn)工效，保證了正常采掘銜接。如表1所示，與錨棚支護(hù)相比較，純錨巷道每米耗材成本可節(jié)約3 046.4-1 509.5=1 536.9元，可產(chǎn)生約1 536.9×992=1 524 605元的經(jīng)濟(jì)效益。

表1 錨棚巷道與純錨巷道耗材成本對(duì)比表

5 優(yōu)化后效果及推廣前景

14305工作面正巷優(yōu)化支護(hù)設(shè)計(jì)后，效果良好，不僅提高了掘進(jìn)工效，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，減小了耗材成本，且工作面回采期間，兩巷圍巖表面位移小，避免了漏冒頂?shù)劝踩[患，保證了職工生命安全，達(dá)到了工作面安全高效回采的目的。該項(xiàng)目的成功應(yīng)用，為西曲礦其他4#煤層巷道的支護(hù)提供了重要的參考價(jià)值。