厚煤層留小煤柱托頂煤沿空掘巷支護技術(shù)

關(guān)俊紅

（長治市煤礦技術(shù)服務(wù)中心，山西 長治 046000）

1 工程概況

紅山煤業(yè)位于山西長治市上黨區(qū)，主采3號煤層，埋深125～238 m，平均煤厚5.35 m，煤層傾角平均3°，煤層賦存穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡單，裂隙發(fā)育，層理分明，煤層普氏系數(shù)為4。直接頂為泥巖，基本頂為細砂巖，直接底為泥巖，基本底為細粒砂巖，見表1。030310工作面膠帶運輸巷東鄰礦界，南為采空區(qū)，北接?xùn)|膠帶、東軌道上山巷，西為已回采030309工作面采空區(qū)。該巷與030309工作面采空區(qū)留設(shè)5 m護巷煤柱，沿煤層底板掘進，為矩形斷面，寬4.5 m，高3.0 m，斷面積13.5 m2,設(shè)計長度930 m。該巷道掘進區(qū)域內(nèi)無斷層、陷落柱、裂隙及較大的褶曲構(gòu)造存在，但在掘進過程中會揭露原紅旗煤礦越界開采遺留的老空巷道，巷道布置（見圖1）。

圖1 巷道布置

2 圍巖結(jié)構(gòu)特征及變形原因分析

030310工作面膠帶運輸巷為沿空掘進巷道，與030309 工作面采空區(qū)之間留設(shè)5 m 護巷煤柱，030309工作面開采后，其采動應(yīng)力必然造成工作面?zhèn)认蛎后w的破壞。因此，在030310工作面膠帶運輸巷掘進時，煤柱側(cè)巷幫煤體裂隙發(fā)育，煤體完整性差、承載能力較弱。由于紅山煤業(yè)030310工作面膠帶運輸巷埋深較淺，垂直應(yīng)力較小，煤層普氏系數(shù)達到4，煤體強度高、承載力強，在正常區(qū)域巷道圍巖變形不大，圍巖穩(wěn)定性較好。但是，在巷道圍巖結(jié)構(gòu)出現(xiàn)變化以及巷道交叉口，巷道圍巖穩(wěn)定性弱，需及時加強支護。特別是巷道掘進遇老空巷時，在相鄰工作面采動應(yīng)力、老空巷掘進應(yīng)力以及膠帶運輸巷掘進應(yīng)力等疊加應(yīng)力作用下，巷道圍巖結(jié)構(gòu)惡化嚴(yán)重，煤巖體完整性很差，承載能力弱，極易引起巷道失穩(wěn)，出現(xiàn)頂板事故，是巷道支護的重點區(qū)域。

表1 煤層頂?shù)装鍘r性

3 巷道支護方案

3.1 正常區(qū)域錨網(wǎng)+錨索支護

（1）頂板支護

頂板錨桿采用Φ20 mm×L2400 mm的高強度螺紋鋼，每排6根錨桿，間排距為820 mm×800 mm；采用樹脂加長錨固，每根錨桿采用CK2335和Z2360樹脂藥卷各1支，錨固長度1100 mm，錨固力不小于100 kN，設(shè)計預(yù)緊力不小于200 N·m；每排錨桿采用Φ16 mm圓鋼焊制的長度為4150 mm的鋼筋梯子梁連接；采用10#鉛絲編制的1000 mm×4800 mm小格型金屬經(jīng)緯網(wǎng)進行護表。錨索支護與錨桿支護間隔布置，錨索布置形式為“2-3-2布置”，錨索采用Φ17.8 mm×7250 mm的預(yù)應(yīng)力錨索，間排距1500 mm×800 mm；采用樹脂加長錨固，每根錨索采用2支CK2335樹脂藥卷，2支Z2360樹脂藥卷，錨固長度2100 mm，設(shè)計預(yù)緊力不小于200 kN；采用型號為400 mm×400 mm×20 mm錨桿托盤及配套鎖具。

（2）兩幫支護

兩幫采用Φ20 mm×L2000 mm的螺紋鋼錨桿，每幫每排4根錨桿，間排距為866 mm×800 mm；采用端錨，每根錨桿1支Z2360樹脂藥卷，錨固長度700 mm，錨固力不小于100 kN，設(shè)計預(yù)緊力為200 N·m；巷幫錨桿采用Φ16 mm圓鋼焊制的長度2650 mm的鋼筋梯子梁連接；巷幫采用10#鉛絲編制的1000 mm×2900 mm小格型金屬經(jīng)緯網(wǎng)進行護表。

（3）金屬網(wǎng)鋪設(shè)及循環(huán)進尺

巷道掘進過程中，在圍巖完整性好時，循環(huán)進尺為0.8 m，最大控頂距為1.0 m，最小控頂距為0.2 m；在圍巖節(jié)理裂隙發(fā)育、完整性差時，循環(huán)進尺縮小為0.6 m，最大控頂距為0.8 m。巷道頂板及巷幫護表金屬經(jīng)緯網(wǎng)采用14#鉛絲連接，網(wǎng)間搭接100 mm。

根據(jù)礦井多年的實踐，正常條件下采用錨網(wǎng)+錨索支護，錨桿為加長錨固在頂煤中，巷道未出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象。

3.2 交叉點處加強支護

在巷道掘進過程中，在巷道開口位置，以及巷道與東膠帶上山交叉點處，提前探測圍巖情況。在圍巖結(jié)構(gòu)破壞，節(jié)理裂隙發(fā)育時，需將巷道錨桿及錨索支護的排距由800 mm縮減為600 mm，并加大對巷道交叉點圍巖變形觀測。

3.3 過空巷段聯(lián)合支護

（1）錨網(wǎng)、錨索與剛性棚聯(lián)合支護

由于030310工作面膠帶運輸巷掘進區(qū)域存在原紅旗煤礦越界開采遺留的老空巷，故在巷道掘進過程中需加強地質(zhì)探測工作，掌握老空巷的情況，及時采取技術(shù)措施。在巷道掘進中遇到老空巷時，采用鉸接頂梁配合單體液壓柱進行臨時支護，之后根據(jù)前述技術(shù)參數(shù)進行錨網(wǎng)+錨索支護，空巷前5 m處開始采用鋼性棚加強支護。鋼性棚采用11#工字鋼制作，棚梁全長4.2 m，上口長3.8 m，底口長4.5 m；棚腿需打設(shè)柱窩，深度不小于150 mm，保證棚腿打設(shè)在堅硬的底板上，不得將棚腿打設(shè)在浮煤、浮矸上，并鋪墊規(guī)格為300 mm×400 mm×50 mm的優(yōu)質(zhì)木板；棚腿及頂梁與巷幫及頂板有空隙時，需采用板梁背實，保證剛性棚背幫、貼頂嚴(yán)實（見圖2）。

圖2 錨網(wǎng)、錨索與剛性棚聯(lián)合支護斷面

（2）圍巖封閉加固

由于030310工作面膠帶運輸巷掘進過程中遇老空巷時，巷道周邊區(qū)煤巖體破碎嚴(yán)重，圍巖內(nèi)部存在較大的裂隙及空洞，圍巖整體性差，需對其進行注漿加固。注漿加固前先采用C20混泥土對老空巷影響區(qū)域巷道圍巖進行噴漿封閉，防止漏漿并增強護表強度，噴層厚100 mm。巷道表面噴漿后，采用P.O42.5硅酸鹽水泥對巷幫圍巖進行注漿加固，水灰比為1∶0.6～1∶1；注漿鉆孔深4 m，孔徑42 mm，鉆孔采用矩形布置，分上下兩排，鉆孔間距為2 m，上排孔距底板2 m，下排孔距底板1 m；注漿壓力不小于5 MPa。

4 圍巖變形觀測分析

圖3 巷道圍巖表面位移

為了分析巷道支護效果，在030310工作面膠帶運輸巷掘進過后，采用“十”字布點法對巷道圍巖變形特征進行觀測分析。在巷道正常區(qū)域及過空巷區(qū)域選擇一個測點的觀測數(shù)據(jù)進行分析，見圖3。由圖3可知，巷道在圍巖正常區(qū)和過老空巷區(qū)域，圍巖變形均是在滯后掘進工作面50 m左右開始趨向于穩(wěn)定，在兩種典型區(qū)域，巷道圍巖變形量均不大。在圍巖正常區(qū)，巷道兩幫最大移近量為89 mm，頂?shù)装遄畲笠平繛?4 mm；在過老空巷區(qū)域，巷道兩幫最大移近量為99 mm，頂?shù)装遄畲笠平繛?1 mm。由此可見，在巷道正常區(qū)采用錨網(wǎng)+錨索支護，在過老空巷區(qū)采用剛性棚補強，并配合圍巖封閉和注漿加固，可以提高留小煤柱托頂煤沿空掘巷圍巖的整體性，控制巷道圍巖變形。

5 結(jié)語

通過分析留小煤柱托頂板沿空掘巷巷道圍巖結(jié)構(gòu)特征及變形原因，特別是過空巷時巷道圍巖應(yīng)力狀態(tài)及變形原因，提出了在巷道圍巖正常區(qū)域采用錨網(wǎng)+錨索支護方案；在巷道交叉點處縮小錨桿、錨索排距，提高支護強度；在巷道過老空巷區(qū)時，采用剛性棚進行補強，并對巷道破碎圍巖進行封閉及注漿加固的技術(shù)方案。實踐表明，結(jié)合巷道不同的圍巖結(jié)構(gòu)特征，采用針對性的支護方案，巷道圍巖變形得到控制，兩幫最大移近量為99 mm，頂?shù)装遄畲笠平繛?1 mm。