特厚煤層綜放面臨空回風巷支護技術

黃 慧

（太原煤炭氣化（集團）有限責任公司華實公司，山西 太原 030024）

1 工程概況

同忻礦3盤區8305綜放工作面位于8307綜放工作面采空區南部，5305回風運料巷沿空掘巷，巷道平面布置如圖1所示。5305巷對應地面位于銀塘溝村東部，地表地形復雜，地面溝谷有泉子溝、長畛溝，地形以坡地為主。地面相對標高1338.0～1396.0m，地面無徑流水體，無建筑物。5305巷東部為三盤區三條盤區大巷，北部為8307工作面，于2016年2月開采，2016年9月結束，西部至銀塘溝保護煤柱，南部為實煤區。侏羅系14-2#煤層與石炭系3～5#煤層層間距為184～216m。

該巷煤層厚度為7.24～17.98m，平均厚度為13.76m。煤層傾角為1°～2°，平均1.5°。厚度較穩定，煤種為1/3焦煤，以半亮型煤為主，半暗型次之，弱玻璃光澤—玻璃光澤。塊狀、內生裂隙發育，夾有鏡煤條帶、塊狀、易碎，夾矸7層。巖性為黑色泥巖、炭質泥巖，厚度一般為0.28～0.48m。5305巷所在煤層圍巖板情況如表1所示。

圖1 5305回風巷道平面位置圖

2 沿空掘巷煤柱寬度及支護方案確定

同忻礦8307綜放工作面采空區穩定后，側向支承壓力影響范圍內應力降低區的寬度14.30～15.40m左右，8305綜放工作面5305回風運料巷沿空掘巷的寬度為5.5m，為了保證沿空巷道處于應力降低區范圍內，小煤柱最大寬度為8.80m。當然，護巷煤柱越小，應力影響越小，隨之而來的就是隔絕采空區瓦斯、水，防止漏風效果越差。為了保證安全生產，結合鄰近塔山礦的小煤柱護巷留設經驗，確定護巷 小煤柱寬度6.00m。

表1 5305巷所在煤層圍巖板情況

沿空掘巷總體支護方案為：錨桿、組合錨索、W鋼帶、JW型高強度鋼帶、金屬網聯合支護，對8305綜放面5305臨空回風巷進行全斷面噴射混凝土加固，可以有效防止相鄰工作面采空區有害氣體的侵入危害。

3 巷道支護設計

3.1 錨桿、錨索長度的確定

（1）錨桿長度的確定

式中：

L1-錨桿的外露長度，一般取0.1m；

L2-錨桿的樹脂錨固長度，取0.90m；

L3-錨桿的有效長度。

L3=kB/2f

式中：

k-安全系數，取2；

B-巷道掘進寬度，5.50m；

f-煤巖堅固性系數，取3.7。

代入式(1)得出L=2.48m，施工選擇采用錨桿長度2500mm、Ф=22mm左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，滿足設計要求。

（2）錨桿間排距（D）確定

將參數代入式（2）計算得出D≤1.25m，在此基礎上，結合工程類比和極大部分礦區錨桿支護經驗確定錨桿支護的間排距為：900×900mm。

3.2 錨索支護參數確定

（1）錨索長度確定

式中：

L1-錨索安裝時樹脂錨固劑與鋼絞線的粘接長度，取1.50m；

L2-錨索自由段長度，取3.0m；

L3-錨索張拉端長度。

L1=kNt/πdτα

式中：

k-安全系數，取2；

Nt-錨索設計載荷，不小于250kN；

d-預應力鋼絞線直徑，選擇22mm；

τα-錨固劑與鋼絞線粘結應力，為10N/mm2。

將參數代入L1表達式計算得出724mm，實際錨固長度選擇1.50m，滿足要求。

式中：

L3' —錨索外露長度，取0.30m；

L3"—托盤和錨具的厚度，取0.20m。

則L3為0.50m。

代入式（3）得出L=5.0m，施工選擇錨索長度6300mm和8300mm兩種規格，滿足設計要求。

（2）錨索間排距確定

錨索排距一般不大于錨索長度的一半，為保證支護安全，錨索最小長度為6.30m，排距取2.70m。

（3）每排錨索數目確定

式中：

N-每排錨索根數；

k-安全系數，取1.5；

P斷-錨索的最小破斷力，不小于260.7kN；

W-被懸吊加固圍巖的自重，kN。

式中：

B-巷道掘進寬度，5.5m；

∑h-懸吊煤巖厚度，取3.0m；

∑r-懸吊煤巖平均容重，取14.5kN/m3；

D-錨索排距，2.70m。

代入式（5）計算得W=645.98kN。由式（4）計算得N≈3.72根。由分析計算結果，錨索排距2.70m，每排布置六根錨索，間距900mm，滿足安全要求。

3.3 巷道支護參數

（1）頂板支護

錨桿選擇左旋無縱筋螺紋鋼錨桿（規格Ф22-M24-2500），屈服強度不低于500MPa。每排6根錨桿緊固W型鋼帶（BHW5000×280×4-900-6），距巷道兩幫500mm各安裝1根錨桿，桿體與水平面的夾角75°，其他4根錨桿垂直巷道頂板安設，排距900/1800mm，錨桿間距900mm，以巷道中心線對稱布置，配合150×150×10mm可調心鋼托板。間隔2排錨桿布置一排錨索，錨索排距2700mm，間距900mm，錨索規格分別為Ф21.8-1×19-8300mm、Ф21.8-1×19-6300mm預應力鋼絞線，配合JW鋼帶5000×330×6、頂錨索托盤。兩種規格的錨索交替布置，每排布置6根。

組合錨索采用Ф21.8鋼絞線，由5根錨索組成。中間長10300mm，兩角分別是2根8300mm鋼絞線、2根6300mm鋼絞線，對角布置，組合錨索托盤為600×600×16mm，間排距為2700×2400mm。

角錨索采用Ф21.8-1×19-5300mm預應力鋼絞線配合600mm短節工字鋼配合300×300×14高強度拱形托板布置。每1800mm施工一對。

（2）巷幫支護

① 幫錨桿

采煤幫：幫錨桿采用Ф22-M24-3000mm左旋無縱筋螺紋錨桿支護，第一排、第四排錨全部為錨桿，第二排、第三排與錨索間隔布置。幫支護間排距為900×900mm。

煤柱幫：幫錨桿采用Ф22-M24-3000mm左旋無縱筋螺紋錨桿支護，第四排錨全部為錨桿，第二排、第三排與錨索間隔布置。幫支護間排距為900×900mm。

幫錨桿配合使用W鋼護板450×280×4.75mm，托盤為150×150×10mm高強度拱形托盤。

② 幫錨索

煤柱側：采用Ф17.8-1×7-4300mm預應力鋼絞線配合300×300×10mm高強度拱形托板聯合布置，第一排全部以第二排、第三排幫支護與螺紋鋼錨桿間隔布置。間排距為900×900mm。

采煤側：采用Ф21.8-1×19-5300mm預應力鋼絞線配合300×300×14mm高強度拱形托板聯合布置，在第二排、第三排幫支護與螺紋鋼錨桿間隔布置，間排距為900×900mm。另距底板3100mm處施工一排幫錨索，采用Ф21.8-1×19-5300mm預應力鋼絞線配合JW鋼帶2300×330×6mm、200×200×12mm高強度錨索專用托盤聯合布置，間距為900mm。

5305巷全斷面鋪金屬網，全斷面范圍內噴漿厚度為100mm，巷道底板鋪底厚250mm。巷道支護斷面圖如圖2所示，頂板支護平面圖如圖3所示。

圖2 綜放面5305巷支護斷面圖

圖3 綜放面5305巷頂板支護平面圖

4 結 語

同忻煤礦開采石炭紀特厚煤層，一直沿用38～45m的寬煤柱護巷，造成了大量的資源浪費，回采巷道礦壓顯現也比較強烈，巷道變形收縮率高，嚴重影響綜放工作面的安全正常生產。為了提高煤炭回采率，降低開采損失[1-2]，提出了6m寬小護巷煤柱方案，并進行了具體的支護方案設計，經工程實踐驗證，取得了良好的經濟效果。