聯合支護技術與爆破切頂在沿空留巷中的應用

摘 要:介紹了沿空留巷的支護設計、施工工藝及技術保障措施，為類似工程條件的沿空留巷提供科學依據。

關鍵詞:沿空留巷 聯合支護 爆破切頂

中圖分類號:TD3文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)11(c)-0046-01

棗礦集團濱湖煤礦為緩解我礦工作面接續緊張的局面以及提高資源回收率，探索礦山壓力的規律及支護特性和與圍巖的相互作用關系，以便降低薄煤層的萬噸掘進率，實現薄煤層工作面的高產高效，決定在16煤16101工作面材料巷實施沿空留巷。

1 工程概況

16101工作面位于西一采區，埋深-485m～-515m，走向長651m，傾斜長181m，16煤厚1.3～1.4m，平均1.33m，煤層傾角2～6°，平均4°。煤層較薄結構復雜，局部含一層0.03米的黃鐵礦，直接頂為十下灰巖，垂直裂隙發育，方解石充填、堅硬，硬度系數8.3，頂板不平整，局部凹凸明顯，且局部有壓頂現象，平均厚度4.9m;直接底為泥巖灰色，松軟，易碎，泥質膠結，水平層理。硬度系數1.74，平均厚度4.5m;老底為灰色粉細砂巖，堅硬，不易破碎。硬度系數5-7，平均厚度20m。

2 沿空留巷支護設計

2.1 掘進至回采前階段兩幫支護

在采空區邊緣沿空留巷的上巖層與冒落帶相對應的是以巷道下幫煤體為支點的懸臂巖粱。同時根據頂板石灰巖分層并含有弱面的特點。巷道下幫采用打樹脂錨桿+掛菱形網進行支護，錨桿選用φ18×2000mm的螺紋樹脂錨桿，菱形網規格為:長×寬=3000×1000mm，增加了支護錨桿的抗拉強度及抗剪強度。錨固方式為加長錨。金屬菱型網使用于下幫主要是確保留巷時下幫煤體的完整，使下幫煤體支點能承受大的壓力。錨桿間排距為800×1000mm。巷道上幫采用竹錨桿掛高分子網進行支護，竹錨桿規格為φ32×1600mm，錨桿托盤為菱鎂砼托盤，規格為300×200mm，錨桿間排距為1000×1000mm。

2.2 錨索+單體液壓支柱切頂與錨網帶護頂

(1)基本支護:頂板采用φ18×2000mm的高強度預應力錨桿，配W型鋼帶及菱形網，錨桿間排距900 mm×900mm，菱形網規格為:長×寬=3000 mm×1000 mm，錨固劑為￠23mm×350mm，每根錨桿用量為一個藥卷。W形鋼帶的間距為1.2m，網相鄰兩邊作鉤，用于鉤掛連接，再用10#鐵絲擰緊加固連接。菱形網鋪設要平直，緊貼巖壁;W型鋼帶緊貼網下，垂直巷道。最后用錨桿托盤壓緊菱形網、W型鋼帶。錨桿托扳為150×150×8mm的正方形鐵托扳。頂板支護形式為每4排錨桿配合1排錨索。

(2)切頂支護:在距巷道頂板左幫0.1m處，沿著巷道走向每隔1.5m支護5.5m長錨索，每根錨索采用2根￠23mm×500mm的樹脂藥卷進行錨固;同時，沿著側空切頂線支設1排單體液壓支柱，柱間距為0.5m。

1)錨桿支護:

按懸吊理論計算錨桿參數

①錨桿長度計算:L=L1+L2+L3

式中:L——錨桿長度，m;

L1——錨桿外露長度，取0.1m;

L2——巷道頂板被懸吊擠壓的破碎巖體厚度，m;

L3——錨桿錨入破碎巖體以外穩定巖體的深度，一般按經驗取0.5m;

16層煤頂板是較完整穩定的十下灰巖，L2等于易冒落直接頂厚度，根據我礦實際取1.5m。L=L1+L2+L3=0.1+1.4+ 0.5=2.0m

②錨桿間排距計算(按間排距相等考慮)通常間排距相等，取a:

a===1.2m

式中:a——錨桿間排距，m;

Q——錨桿設計錨固力，t/根;

L2——巷道頂板被懸吊擠壓的破碎巖體厚度，m;

γ——被懸吊巖石的容重，t/m3;

K——安全系數，取K=2.0;

通過以上計算可以看出，選用的錨桿參數符合錨桿懸吊理論的要求

2)錨索長度:

錨索應錨固在圍巖內部較穩定的巖層中，可根據巖性和鉆眼機具能力等綜合考慮，一般為5.5m。錨頭端張拉長度不小于300mm。選用的錨索為低松弛級的直徑15．3mm、強度等級為1860MPa的鋼絞線。鋼絞線由7根直徑5mm的鋼絲組成，屈服荷載為221.5kN，破壞荷載為260.7kN。此道工序必須在回采前施工完畢，發揮錨索的主動預緊力，錨索間排距1.5米。

3 沿空留巷施工工藝

3.1 16101工作面切頂方案設計

以破壞頂板的完整性為前提，根據直接頂、老頂的厚度及巖性特點設計放頂方案。在材料巷靠工作面側為錨索和單體聯合支護下，沿空留巷放頂線施工鉆孔，采用深孔預裂爆破技術，對預沿空留巷靠工作面起到應力釋放，并且在錨索及切頂單體的支護下，盡可能使頂板沿切頂線冒落，矸石充滿或基本充滿采空區，對上履巖層起支撐或墊層作用，達到使其隨采隨落的目的;同時破壞采空區頂板的完整性，使上履巖層較易垮落，從而減弱了頂板垮落的沖擊強度。

3.2 施工方法

(1)炮眼布置:在設計沿空留巷的超前切頂線上施工單排炮眼:放頂線距實體煤側3.6m，距錨索線0.3m。沿切頂線布置切頂鉆孔，鉆孔間距0.25m。

(2)該煤層為薄煤層，眼深1.8m，仰角75～85°，裝藥量為800g(4卷藥);中間再用錨桿鉆機施工一個輔助眼，眼深為2.0m，垂直頂板。

(3)爆破采用串聯法聯線，工作面推進4.2～4.8m后開始裝藥，每組5個孔同時起爆。

(4)鉆眼工具:采用錨索鉆機。

4 沿空留巷支護技術保障措施

(1)確保錨桿、錨索施工質量。

錨桿眼深度應與錨桿長度相匹配，打眼時應在釬子上做好標志，嚴格按錨桿長度打眼，打眼的順序，應由外向里的順序進行。嚴格按錨桿、錨索的安裝工藝施工。

(2)保證單體支柱的工作阻力。

由于底板松軟，支柱易鉆底造成支柱工作阻力下降。因此，必須在給支柱穿大尺寸柱鞋的基礎上，及時多次補液，以保障支柱對沿空側頂板進行有效切頂。

(3)巷道監測。

在沿空留巷期間，制定詳細礦壓觀察計劃，不僅要對巷道內各種支護工作狀態、圍巖變形和破壞等進行監測，而且要對頂板來壓進行監測，以便在頂板來壓期間，對受影響的重點地段進行強化支護。

5 經濟效益分析

實踐表明，與留煤柱護巷相比較，沿空留巷在技術上和經濟上都具有很大的優越性，不僅可使采區回采率提高10～15%、可使采區巷道的掘進率降低25～30%、避免了工作面接替緊張的局面;而且護巷成本降低54%。多回收煤炭12萬噸，新增效益達3800萬元;少掘巷道700m，節約掘進費支護140多萬元，經濟效益和社會效益十分顯著，具有重要的推廣應用價值。