綜采放頂煤工作面順槽支護(hù)設(shè)計(jì)分析

劉海旗

（山西煤炭進(jìn)出口集團(tuán)左權(quán)宏遠(yuǎn)煤業(yè)有限公司， 山西 晉中 032600）

1 工程概況

礦井儲(chǔ)量豐富，開采技術(shù)條件好，煤質(zhì)優(yōu)良，市場(chǎng)前景廣闊。3號(hào)井田可采煤層為2號(hào)煤、4號(hào)煤、6號(hào)煤、7號(hào)煤、8號(hào)煤、9號(hào)煤。目前礦井主要開采2號(hào)、4號(hào)、-240 m以上6號(hào)煤層。其中，2號(hào)煤厚3.91～6.95 m，平均5.30 m，采煤工藝以綜采放頂煤為主，村莊下采用充填開采，目前最深開采至750 m。

目前，正在準(zhǔn)備的3號(hào)井田可采煤層工作面地表位于東古佛村東北500 m左右，皆為農(nóng)田。井下位置及四鄰采掘情況為：北至F30斷層防水煤柱線，南鄰14474工作面（未采），東臨近BF1斷層，西至-600 m大巷保護(hù)煤柱線[1]。

地面平均標(biāo)高為+168～+171 m，工作面標(biāo)高-495～-535 m，推進(jìn)長(zhǎng)度454 m，工作面長(zhǎng)度80 m，煤厚平均5.5 m，儲(chǔ)量28萬t。

本地區(qū)呈一單斜構(gòu)造，煤層基本穩(wěn)定，厚度均在1.2 m左右。煤層傾角淺部較緩，深部較陡。斷層附近煤厚可能變薄。老頂為砂質(zhì)頁(yè)巖，厚度3.5 m，深灰色質(zhì)硬，局部含硅質(zhì)層理明顯，含砂質(zhì)不均勻；直接頂為石灰?guī)r，厚度為0.3～2.0 m，青灰色，性脆較硬，含有少量方解石脈；直接底為細(xì)砂巖厚度為1.5～2.4 m，深灰色，長(zhǎng)石英為主，硅質(zhì)膠結(jié)，局部含黃鐵礦；老底為砂質(zhì)頁(yè)巖，厚度為4.5 m，上部石英長(zhǎng)石為主含云母，層理清晰。下部含炭質(zhì)泥質(zhì)膠結(jié)，節(jié)理發(fā)育局部含細(xì)砂。由于工作面臨近斷層，預(yù)計(jì)本區(qū)域壓力較大如圖1所示。

根據(jù)臨近巷道揭露的地質(zhì)資料分析，該區(qū)基本為一單斜構(gòu)造。本地區(qū)屬-600水平擴(kuò)大區(qū)，地質(zhì)構(gòu)造控制程度較低，根據(jù)掘進(jìn)巷道揭露的資料以及三維地震勘探資料分析，該區(qū)斷裂構(gòu)造較為發(fā)育，對(duì)煤層采掘影響較大。影響本區(qū)掘進(jìn)的主要地質(zhì)因素為DF7（走向27°～67°、傾向117°～157°、傾角66°、落差 0～3 m）、DF11（走向 128°、傾向 38°、傾角 60°、落差 0～13m）、DF12（走向 24°、傾向114°、傾角 60°、落差 0～8 m）、F30（走向 38°～59°、傾向 128°～149°、傾角 70°、落差 20～90 m）及 BF1（走向 22°、傾向 112°、傾角 70°、落差80 m）斷層，除DF12斷層外，均對(duì)掘進(jìn)有較大影響。本地區(qū)主要充水水源為4號(hào)煤頂板石灰?guī)r水，根據(jù)臨近巷道掘進(jìn)時(shí)揭露的涌水量，預(yù)計(jì)正常涌水量為0.1 t/min，最大涌水量為0.2 t/min[2]。

圖1 4號(hào)煤層綜合地質(zhì)柱狀圖（部分）

2 礦井原有支護(hù)方式

目前，工作面順槽落煤、巖方式為：采用放炮方法落煤，采用ZQS-50/300風(fēng)動(dòng)錨頭和YT-26氣腿式風(fēng)錘打眼，三級(jí)礦用乳化炸藥爆破，毫秒電雷管引爆，正向裝藥，串聯(lián)式聯(lián)線，木質(zhì)炮棍裝炮，水炮泥及軟炮泥封口，防爆型半導(dǎo)體發(fā)爆器引爆。掘進(jìn)時(shí)采用ZWY-150/55L型挖掘式裝載機(jī)裝貨。運(yùn)煤、巖時(shí)采用皮帶、刮板輸送機(jī)接力運(yùn)輸。循環(huán)作業(yè)方式采用“三八”作業(yè)制，每班隨掘隨支護(hù)。

綜采放頂煤工作面順槽沿4號(hào)煤頂板掘進(jìn)，斜矩形斷面，巷道規(guī)格為4.0 m×2.4 m（凈寬×凈高，巷中頂板向下2.4 m到軌面距離）。巷道頂部采用錨索配合高凸T型鋼帶和專用T型鋼帶托板支護(hù)。錨索采用直徑21.6 mm高強(qiáng)度低松弛鋼絞線，長(zhǎng)度8.0 m，錨固長(zhǎng)度1.8 m，錨索預(yù)緊力為100 kN。頂板鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)，鋼筋網(wǎng)采用Φ6 mm鋼筋焊接而成，網(wǎng)片規(guī)格為1500 mm×1100 mm，網(wǎng)孔規(guī)格100 mm×100 mm，搭接長(zhǎng)度100 mm，每100 mm采用12號(hào)雙股綁絲綁扎一道。采用長(zhǎng)度為2000 mm左旋無縱筋高強(qiáng)螺紋鋼的樹脂錨桿配合W鋼帶對(duì)兩幫進(jìn)行支護(hù)，采用專用錨桿托盤、幫鋼帶（規(guī)格：長(zhǎng)×寬×厚=2200 mm×140 mm×3 mm）進(jìn)行封幫，鋼帶垂直于巷道底板布置。錨桿抗拉拔力不小于40 kN（巖巷70 kN），螺母扭矩達(dá)到 200 N·m。

雖然目前礦井工作面順槽大都采用高強(qiáng)錨桿、錨索聯(lián)合支護(hù)，但由于支護(hù)參數(shù)選擇不合理，支護(hù)施工質(zhì)量監(jiān)控不夠嚴(yán)格，4號(hào)煤層掘順槽均出現(xiàn)不同程度的變形和破壞，特別是4號(hào)煤層頂板出現(xiàn)了較大范圍的平行于巷道軸向的裂縫，對(duì)工作面安全掘進(jìn)已經(jīng)產(chǎn)生了較大影響，迫切需要4號(hào)煤層綜采放頂煤工作面支護(hù)參數(shù)進(jìn)行規(guī)范和優(yōu)化。

3 綜采放頂煤工作面順槽錨桿、錨索支護(hù)參數(shù)優(yōu)化

綜采放頂煤工作面順槽掘進(jìn)凈寬度為4000 mm，巷中掘進(jìn)凈高度為2400 mm。

頂板的錨桿：型號(hào)為Φ20 mm×2400 mm左旋螺紋鋼高強(qiáng)的錨桿，匹配150 mm×150 mm×12 mm高強(qiáng)拱形托盤與高強(qiáng)螺母。用加長(zhǎng)的樹脂錨固，28 mm為鉆孔直徑，K2335和Z2360各1支用作為錨固劑的規(guī)格，頂板配以鋼筋網(wǎng)作為輔助支護(hù)，鋼筋網(wǎng)采用Φ6 mm的鋼筋自行焊接制作，頂板鋼筋網(wǎng)規(guī)格為2000 mm×1100 mm，相鄰網(wǎng)搭接約100 mm，鐵絲鈕扣聯(lián)結(jié)[3]。

頂板的錨索：使用1×7股高強(qiáng)度低松弛鋼絞線制，長(zhǎng)為7300 mm，Φ21.6 mm，具體的有效長(zhǎng)度7000mm左右，一排布置2根，其中間距確定為2000 mm，排距確定為2000 mm，兩根錨索分別距離巷道兩幫1000 mm，錨索應(yīng)緊跟掘進(jìn)迎頭施工。錨索采用3支樹脂錨固劑錨固，1支K2335，2支Z2360，理論錨固長(zhǎng)度約為1400 mm，在錨索錨固端1300 mm處施加擋圈。錨索托盤采用300 mm×300 mm×12 mm的高強(qiáng)托盤，如果錨索不能垂直巷道頂板布置，應(yīng)加設(shè)調(diào)心球墊，錨索預(yù)緊力應(yīng)≥250 kN[4]。

兩幫錨桿：型號(hào)為Φ20 mm×2400 mm左旋螺紋鋼高強(qiáng)的錨桿，匹配150 mm×150 mm×12 mm高強(qiáng)拱形托盤與高強(qiáng)螺母，是配套產(chǎn)品。加長(zhǎng)樹脂錨固，鉆孔直徑≤30 mm，K2335和Z2360各1支用作為錨固劑的規(guī)格，錨桿預(yù)緊力矩不低于200 N·m，但不超過500 N·m。兩幫金屬網(wǎng)規(guī)格分別為2610 mm×1100 mm和2190 mm×1100 mm，相鄰網(wǎng)搭接約100 mm，用鐵絲鈕扣來進(jìn)行聯(lián)結(jié)，網(wǎng)扣間距不超過200 mm。

4 巷道圍巖變形觀測(cè)分析

綜采放頂煤工作面順槽試驗(yàn)巷段共布設(shè)2個(gè)測(cè)站，第1個(gè)測(cè)站設(shè)在試驗(yàn)巷段開始掘進(jìn)60 m位置處，間隔120 m布設(shè)第2個(gè)測(cè)站。對(duì)2個(gè)測(cè)站的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析處理，得到如圖2所示的工作面順槽圍巖變形位移曲線[5]。

圖2 工作面順槽圍巖變形位移曲線

由圖2可看出，最后結(jié)果在監(jiān)測(cè)的第25 d開始逐步趨于穩(wěn)定，巷道頂板、底板和兩幫圍巖變形量小，最終移左幫和右?guī)徒抗布s為35 mm，頂板和底板移近量共約為25 mm。新支護(hù)方案支護(hù)的巷道圍巖變形得到了有效控制，工程試驗(yàn)表明巷道支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)合理，支護(hù)方案可行。

[1]陳超.采煤工作面順槽支護(hù)設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].江西煤炭科技，2016（4）：23-24；29.

[2]任建喜，張楊洋，張琨.深埋厚煤層綜放工作面順槽支護(hù)技術(shù)研究[J].煤炭技術(shù)，2014，33（10）：104-107.

[3]王朗朗，劉混舉.大采高綜采工作面順槽超前支護(hù)技術(shù)分析[J].煤礦機(jī)械，2014，35（5）：10-12.

[4]任建喜，鄭贊贊，張琨，等.深埋特厚煤層綜放工作面順槽破壞規(guī)律與支護(hù)技術(shù)[J].煤礦安全，2014，45（2）：53-56.

[5]任建喜，王傳智，王聯(lián)合，等.大佛寺礦40108綜放工作面運(yùn)輸順槽修復(fù)支護(hù)技術(shù)[J].煤礦安全，2013，44（6）：70-72.