綜采放頂煤工作面順槽支護優化設計

王桂紅

(山西陽煤集團二礦 生產技術部，山西 陽泉 045000)

0 引言

綜采放頂煤工作面順槽支護與一次采全高工作面順槽支護相比有其特殊性，煤層厚，巷道壓力大，放頂煤前后應力的重新分布等都對巷道支護提出了新的要求。文中根據工作面地層特點，對原有支護方式進行了優化設計，并通過現場觀測，認為優化后的支護方案可行，具有一定的指導意義。

1 工程概況

某礦可采煤層6層，2#、4#、6#、7#、8#和9#煤，目前主采2#、4#及6#煤層。其中，2#煤厚3.91～6.95 m，平均5.30 m，采用綜采放頂煤采煤工藝。工作面煤層底板標高-495～-535 m，地面平均標高為+168～+171 m，推進長度454 m，工作面長度80 m，儲量28萬t。

該工作面地表皆為農田，井下四鄰采掘情況為：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大巷保護煤柱線。

2#煤老頂為砂質頁巖，厚度3.5 m，深灰色質硬，局部含硅質層理明顯，含砂質不均勻；直接頂為石灰巖，厚度為0.3～2.0 m，青灰色，性脆較硬，含有少量方解石脈；直接底為細砂巖，厚度為1.5～2.4 m，深灰色，長石英為主，硅質膠結，局部含黃鐵礦；老底為砂質頁巖，厚度為4.5 m，上部石英長石為主含云母，層理清晰。下部含炭質泥質膠結，節理發育局部含細砂，地層柱狀如圖1所示。工作面臨近斷層，預計本區域礦山壓力較大。

本區主要充水水源為4#煤頂板石灰巖水，根據臨近巷道掘進時揭露的涌水量，預計正常涌水量為0.1 L/min，最大涌水量為 0.2 L/min。正常掘進瓦斯最大絕對涌出量為1.0 m3/min，煤層屬3類不易自燃煤層，煤塵具有爆炸性。

圖1 煤層綜合地質柱狀(部分)

2 礦井開拓及原支護方式

礦井為斜井多水平盤區式開拓，布置4個斜井井筒(主斜井、副斜井、老付斜井和回風斜井)。通風方式為中央并列式通風，通風方法為抽出式。

采煤工作面順槽掘進采用打眼放炮方法，采用ZQS-50/300風動錨頭和YT-26氣腿式風錘打眼，三級礦用乳化炸藥爆破，毫秒電雷管引爆，正向裝藥，串聯式聯線，木質炮棍裝炮，水炮泥及軟炮泥封口，防爆型半導體發爆器引爆。掘進時采用ZWY-150/55L型挖掘式裝載機裝貨，運煤采用皮帶、刮板輸送機接力運輸。

綜采放頂煤工作面順槽沿2#煤頂板掘進，斜矩形斷面，巷道為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。錨索采用直徑21.6 mm高強度低松弛鋼絞線，長度8.0 m，錨固長度1.8 m，錨索預緊力為100 kN。頂板鋪設鋼筋網，鋼筋網采用φ6 mm鋼筋焊接而成，網片規格為1 500 mm×1 100 mm，網孔規格100 mm×100 mm，搭接長度100 mm，每100 mm采用12#雙股綁絲綁扎一道。兩幫采用樹脂錨桿配合W鋼帶支護。錨桿均采用長度為2 000 mm左旋無縱筋高強螺紋鋼錨桿，采用專用錨桿托盤，幫鋼帶進行封幫(長×寬×厚=2 200 mm×140 mm×3 mm)，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)，螺母扭矩達到200 N·m。

雖然目前工作面順槽采用高強錨桿、錨索聯合支護，但由于支護參數選擇不合理，支護施工質量監控不嚴格，2#煤層已掘順槽均出現不同程度的變形和破壞，特別是2#煤層頂板出現了較大范圍的平行于巷道軸向的裂縫，對工作面安全掘進已經產生了較大影響，迫切需要對4#煤層綜采放頂煤工作面支護參數進行優化。

3 綜采放頂煤工作面順槽錨桿錨索支護參數

綜采放頂煤工作面順槽掘進凈寬度4 000 mm，凈高2 400 mm，順槽錨桿、錨索布置如圖2所示。頂板為5根錨桿，間距900 mm；上幫4根錨桿，間距為700 mm，上部錨桿距頂板200 mm，底部錨桿距底板310 mm；下幫3根錨桿，間距為850 mm，上部錨桿距頂板200 mm，底部錨桿距底板290 mm，錨桿排距參照間距確定為1 000 mm。

圖2 綜采放頂煤工作面順槽錨桿、錨索布置

具體支護參數為：頂板錨桿型號為φ20 mm×2 400 mm左旋螺紋鋼高強的錨桿，配150 mm×150 mm×12 mm高強拱形托盤與高強螺母，當錨桿不能垂直巷道頂板布置的時候，應該加設調心球墊來調節，用加長的樹脂錨固K2335和Z2360各1支。頂板配以鋼筋網作為輔助支護，鋼筋網采用φ6 mm的鋼筋自行焊接制作，頂板鋼筋網規格為2 000 mm×1 100 mm，相鄰網搭接約100 mm，鐵絲鈕扣聯結。

錨桿安裝預緊力：錨桿預緊力矩不小于400 N·m，如果達不到正常扭矩的要求，應該考慮購買扭矩放大器或者風動扭矩扳手，盡量使錨桿預緊力矩達到要求。

頂板錨索：使用1×7股高強度低松弛鋼絞線制作，長為7 300 mm，φ21.6 mm，具體的有效長度7 000 mm左右，一排布置2根，其中間距為2 000 mm，排距為2 000 mm，兩根錨索分別距離巷道兩幫1 000 mm，錨索應緊跟掘進迎頭施工。錨索采用3支樹脂錨固劑錨固，1支K2335，2支Z2360，錨固長度約為1 400mm，在錨索錨固端1 300 mm處施加擋圈。錨索托盤采用300 mm×300 mm×12 mm的高強托盤，如果錨索不能垂直巷道頂板布置，應加設調心球墊，錨索預緊力應≥250 kN。遇地質條件變化較大的地段，錨索長度可根據需要調整，但錨索長度只可加長，不可隨意縮短。

兩幫錨桿：型號為φ20 mm×2 400 mm左旋螺紋鋼高強的錨桿，匹配150 mm×150 mm×12 mm高強拱形托盤與高強螺母。加長樹脂錨固，鉆孔直徑≥30mm，使用K2335和Z2360各1支。錨桿預緊力矩不低于200 N·m，但不超過500 N·m。兩幫金屬網規格分別為2 610 mm×1 100 mm和2 190 mm×1 100 mm，相鄰網搭接約100 mm，用鐵絲鈕扣來進行聯結，網扣間距不超過200 mm。

4 巷道圍巖變形觀測分析

綜采放頂煤工作面順槽試驗巷段共布設2個測站，總長度230 m，第1個測站設在試驗巷段開始掘進60 m位置處，間隔120 m布設第2個測站，2個測站同時進行觀測，采用十字布點法對巷道變形量進行監測。對2個測站的監測數據進行統計分析處理，得到圖3工作面順槽圍巖變形位移曲線。

圖3 工作面順槽圍巖變形位移曲線

由圖3可看出，監測的第25天開始逐步趨于穩定，巷道頂板、底板和兩幫圍巖變形量小，最終左幫和右幫移近量共約為35 mm，頂板和底板移近量共約為25 mm。

5 結語

采用優化后的支護方案巷道圍巖變形得到了有效控制，觀測表明巷道支護參數設計合理，支護方案可行。