3502 上分層復采面巷道布置與支護設計

張懷慶

（山西陽城陽泰集團西馮街煤業有限公司，山西 陽城 048100）

煤炭資源是不可再生的化石能源，由于歷史原因，我國曾存在著大量的小煤窯，造成了煤炭資源的肆意開采，導致大量優質煤炭資源的浪費。隨著國家政策調整，產能較低的礦井實現整合，大型化、集約化生產成為煤礦企業的發展方向，小煤窯時代已經退出了歷時舞臺[1-3]。目前，國家大力提倡對優質遺煤、殘煤進行回收利用[4-6]。

1 概況

西馮街煤業屬于資源整合礦井，礦井主采3#煤層，煤層為無煙煤，屬優質煤種。由于整合前礦井大多采用房柱式采煤方法，造成了3#煤層優質資源的嚴重浪費。為回收優質煤炭資源，提高礦井服務年限，計劃對西馮街煤業3#煤層進行復采。

3#煤層賦存于山西組中下部，煤層結構簡單，含0～2 層夾矸。井田內煤層屬于全區穩定可采煤層，煤層賦存穩定，厚度5.7～5.97 m，平均厚度5.85 m，傾角在1°～5°范圍，平均傾角3°，煤層堅固性系數3～4，屬中硬煤層。直接頂板為黑色的泥巖，厚度1.15 m，屬中等堅硬巖石；局部有0.3 m 左右的炭質泥巖偽頂，偽頂較松軟，開采中隨頂煤一起垮落；直接底板為黑色粉砂巖，厚度為0.5 m，層位不穩定，有時變為泥巖，為中等堅硬巖石。

2 工作面巷道布置方案

3502 上分層復采面布置在四盤區，其中，布置的回風順槽將穿過原四盤區舊巷和采空區，如圖1。3502 上分層回風順槽設計掘進長度901.5 m，55～110 m 段需穿越原四盤區舊巷，144～216 m 段將穿越舊采空區，北面為膠帶大巷，東側為總回風巷，西側為實體煤，掘巷方案如下：

（1）3502 上分層回風順槽開口位于膠帶大巷1068 m 處，首先以方位角180°，沿3#煤層頂板挑頂1.05 m 至設計高度，然后以俯角0°41′37″掘進45 m 至3#煤層頂板，再沿3#煤層頂板掘進至53 m 處。其中0～6 m 段掘寬4.9 m，掘高2.8 m，掘進斷面積13.72 m2，支護后凈斷面寬度4.8 m，高度2.75 m，凈斷面積13.2 m2；6～53 m 掘寬4.2 m，掘高2.8 m，掘進斷面積11.76 m2，支護后凈斷面寬度4.1 m，高度2.75 m，凈斷面積為11.28 m2。

（2）順槽掘進至53 m 處后，轉正方位角為40°，繼續沿頂板掘進21 m，然后以俯角7°29′32″掘進14.7 m 與軌道大巷貫通，形成行車平巷。掘進斷面為矩形，掘寬3.8 m，掘高2.8 m，掘進斷面積10.64 m2，支護后凈斷面寬3.7 m，高2.75 m，凈斷面積10.18 m2。

（3）行車平巷形成后，沿順槽繼續掘進11 m后預計將與原四盤區舊巷貫通，貫通后對舊巷進行壓頂、刷幫維護53.5 m 與四盤區回風巷貫通。設計斷面為矩形斷面，掘寬3.8 m，掘高2.8 m，掘進斷面積10.64 m2，支護后凈斷面寬3.7 m，高2.75 m，凈斷面積10.18 m2。

（4）與四盤區回風巷貫通后，構筑通風設施，形成工作面回風繞道，然后以方位角180°，沿3#煤層底板繼續掘進837.5 m 停止掘進。

（5）3502 上分層回風順槽掘進53～901.5 m 沿3#煤層頂板掘進。掘進斷面為矩形，掘寬3.8 m，掘高2.8 m，掘進斷面積10.64 m2，支護后凈斷面寬3.7 m，高2.75 m，凈斷面積10.18 m2。

圖1 采掘規劃示意圖

3 巷道支護參數

3502 上分層復采面回風順槽設計采用錨網索支護，如圖2、圖3、圖4 所示，具體支護參數如下。

（1）錨桿參數。3502上分層回風順槽0～53 m段、水平車場、回風繞道頂板及兩幫均采用螺紋鋼錨桿，頂錨桿長2.0 m，幫錨桿長1.8 m，頂錨桿間排距為0.85 m×0.9 m，幫錨桿間排距為0.8 m×0.9 m。其中，0～6 m 段每排布置14 根錨桿（頂板6 根，兩幫8 根）；6～53 m 段及回風繞道每排布置13 根錨桿（頂板5 根，兩幫8 根）；53～901.5 m 段巷道頂板及左幫采用螺紋鋼錨桿，右幫采用玻璃鋼錨桿，頂錨桿長度2.0 m，幫錨桿中螺紋鋼錨桿長度1.8 m，玻璃鋼錨桿長度2.0 m，頂板錨桿間排距為0.85 m×0.9 m，幫錨桿間排距為0.8 m×0.9 m，每排布置13 根錨桿（頂板5 根，兩幫8 根）。頂幫錨桿直徑均為20 mm，螺紋鋼錨桿安裝的預緊力矩不低于120 N·m，錨固力不低于80 kN（28 MPa），玻璃鋼錨桿安裝的預緊力矩不低于40 N·m，錨固力不低于50 kN（18 MPa）。每根錨桿選用1 卷CK2335 和1 卷K2360的樹脂錨固劑，每排錨桿采用鋼筋梯子梁連接，選用直徑為12 mm 的鋼筋焊接而成。錨桿托盤規格為130 mm×130 mm×10 mm 的鋼托盤。

（2）錨索參數。頂板采用錨索加強支護，錨索直徑17.8 mm，長度7.0 m。3502 上分層回風順槽0～6 m 段巷道采用“三三”布置（即每排布置3根錨索），間距1800 mm，排距1800 mm；6～53 m 段采用“二二”布置（即每排布置2 根錨索，錨索間距2000 mm），排距1800 mm。其余順槽采用“三花”布置，即對于任意相鄰的兩排錨索，其中一排布置一根錨索位于頂板中部，間隔的一排布置兩根錨索位于頂板兩側，間距2000 mm，排距1800 mm。每根錨索采用1 卷CK2335 和2 卷K2360 的樹脂藥卷進行錨固，安裝預緊力不低于100 kN（30 MPa），不高于120 kN（36 MPa）。錨索托盤為300 mm×300 mm×16 mm 的方形鋼板，中心孔徑為20 mm。

（3）金屬網參數。3502 上分層回風順槽、回風繞道金屬網采用10＃鐵絲編織的菱形金屬網，網格尺寸50 mm×50 mm。其中3502 上分層回風順槽0～53 m 段金屬網寬1070 mm，頂網長度4400 mm，幫網長度2600 mm；回風繞道金屬網寬1070 mm，頂網長度3600 mm，幫網長度2600 mm。鋪設時保證每循網片間搭接100 mm，并用16#網絲每10 cm聯結一道（扭結不少于3 圈）。頂幫網采用對接方式連接。頂板鋼筋梯和幫部鋼筋梯搭接不小于100 mm，并用錨桿固定牢靠。

圖2 3502 上分層回風順槽0～6 m 段巷道支護斷面

圖3 3502 上分層回風順槽6～53 m 段巷道支護斷面

圖4 3502 上分層回風順槽53～901.5 m 段巷道支護斷面

4 巷道圍巖控制效果

采用設計的巷道掘巷和支護設計后，在巷道掘進期間，監測巷道變形情況。巷道掘進后，處于采空區影響范圍（144～216 m 段）的巷道掘進后90 d趨于穩定，巷道頂底平均變形約276 mm，兩幫平均變形約196 mm；處于空巷影響范圍（55～110 m 段）的巷道掘進后75 d 趨于穩定，巷道頂底平均變形約224 mm，兩幫平均變形約178 mm；處于全斷面螺紋鋼錨桿支護段的變形最小（0～53 m 段），巷道掘進后53 d 趨于穩定，巷道頂底平均變形約為174 mm，兩幫平均變形約133 mm；其他區域，巷道掘進后62 d 趨于穩定，巷道頂底平均變形量約為194 mm，兩幫平均變形約155 mm。

總體看，巷道受采空區影響變形最為嚴重，其巷道穩定時間最長，變形最大；其次是空巷影響范圍內，巷道變形相對嚴重。為回采方便，在53～901.5 m 巷道回采幫采用玻璃鋼錨桿支護。現場試驗表明，玻璃鋼錨桿支護效果同比較差。

5 結論

西馮街煤業3#煤層遺留了大量優質煤炭資源，為回收優質煤炭資源，提高礦井服務年限，采用復采方式回收3#煤層。基于此，設計了3502 上分層回風順槽掘進方案，分區域設計了巷道斷面和支護參數。巷道掘進后，現場監測變形情況表明，受采空區和空巷影響區域巷道變形較大，其中采空區影響區域變形相對劇烈。整體看，巷道變形均在可控范圍內，表明了掘進方案和支護參數是合理的。