西馮街煤業(yè)3408下分層運輸巷混合支護技術應用

上官衛(wèi)軍

(山西陽城陽泰集團 西馮街煤業(yè)，山西 晉城 048100)

長期以來，煤炭一直是我國的主要消費能源。雖然逐漸向綠色清潔能源結構轉變，但短期內以煤為主的能源結構不會改變。我國煤礦以井工開采為主，需要掘進大量的巷道，有關數據顯示[1-3]，我國井工煤礦每年掘進的巷道已經超過了20 000 km，確保采煤工作面巷道圍巖在回采期間的穩(wěn)定是礦井實現高產、高效的關鍵。為此，諸多學者[4-7]針對不同圍巖條件的巷道提出了以錨桿(索)為主的主動支護以及型鋼為主的被動支護方式。本文結合西馮街煤業(yè)3408下分層運輸巷所處的地質條件和斷面大小，探索采用混合型支護來確保巷道的穩(wěn)定。

1 工程概況

西馮街煤業(yè)3408下分層運輸巷，主要擔負3408下分層工作面進風、運輸等任務，該工作面主要開采3號煤層，地面標高+571～+648 m，井下標高+483～+492 m。3號煤層賦存于山西組中下部，煤層結構簡單，含0～2層夾矸，煤層平均厚度為5.85 m，條帶狀結構，層狀構造，煤層堅固性系數3～4，視密度1.47 t/m3。煤層直接頂為黑色的泥巖，厚度1.15 m，致密塊狀，含少量砂質；基本頂為灰黑色粉砂巖，厚3.99 m，上部含較多石英及云母片，下部質均，底部粒度變細，全層分布植物化石碎片；直接底為黑色粉砂巖，厚度為0.5 m，致密塊狀，含炭質，條痕黑色，底部砂質增多，為中等堅硬巖石；老底為灰黑色中細砂巖，厚1.35 m，石英為主，含大量黑色礦物及云母片。

2 試驗巷道混合支護技術

2.1 試驗巷道掘進規(guī)劃與斷面設計

3408下分層運輸巷開口位于四盤區(qū)運輸巷55 m處，沿四盤區(qū)運輸巷底板以巷道真方位角180°水平掘進38.6 m至3號煤層底板，沿3號煤層底板繼續(xù)掘進3.5 m后至回風繞道，之后以巷道真方位角180°，沿3號煤層底板繼續(xù)掘進876.9 m至設計位置。

1) 3408下分層運輸巷0～6 m范圍為矩形斷面，掘寬4.9 m(中線左2.1 m、中線右2.8 m)，高3.5 m，掘進斷面積17.15 m2。

2) 3408下分層運輸巷6～42.1 m范圍為矩形斷面，掘寬4.2 m(中線左2.1 m、中線右2.1 m)，高3.5 m，掘進斷面積14.7 m2。

3) 3408下分層運輸巷42.1～919 m范圍掘進斷面為梯形斷面，上寬3.9 m、下寬4.5 m、高2.8 m，掘進斷面積11.76 m2。

2.2 試驗巷道混合支護技術

根據巷道所處的地質條件和斷面大小，巷道掘進0～42.1 m范圍頂煤厚度較小，采用錨桿(索)網將頂板錨固至基本頂穩(wěn)定的巖層。巷道掘進至42.1～919 m范圍開始進入底板巖層，其頂板煤層厚度較大，煤層完整性較差，不適用于錨桿(索)網支護，改用工字鋼棚架支護，其具體支護參數如下：

1) 3408下分層運輸巷0～6 m范圍巷道采用錨桿(索)網支護，頂錨桿長度2.4 m、直徑20 mm，幫錨桿長度為1.8 m、直徑20 mm，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，每根錨桿選用1卷CK2335和1卷K2360的樹脂錨固劑，錨桿預緊力矩不低于120 N·m，錨固力不低于80 kN，錨桿配套12 mm圓鋼焊接的鋼筋梯；巷道頂板采用錨索加強支護，規(guī)格為D17.8 mm×7 000 mm，間排距1 200 mm×1 800 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，不高于120 kN；金屬網采用10號鐵絲編織的菱形金屬網，寬1 070 mm，頂網長度4 200 mm、幫網長度2 700 mm，具體支護參數見圖1(a)。

圖1 3408下分層運輸巷道巷道支護斷面(mm)

2) 3408下分層運輸巷6～42.1 m范圍巷道支護參數：頂錨桿長度2.4 m、直徑20 mm，幫錨桿長度為1.8 m、直徑20 mm，頂、幫錨桿間排距均為0.8 m×0.9 m；頂板采用錨索加強支護，規(guī)格為D17.8 mm×7 000 mm，間排距2 000 mm×1 800 mm；金屬網采用10號鐵絲編織的菱形金屬網，寬1 070 mm，頂網長度4 900 mm、幫網長度2 700 mm，其余參數參照0～6 m區(qū)域，具體支護參數見圖1(b)。

3) 3408下分層運輸巷42.1～919 m范圍巷道支護參數：采用12號礦用工字鋼配合拉桿、背板等支設梯形鋼棚，棚距0.6 m，在頂梁上部垂直(或平行)巷道鋪設金屬網，金屬網采用10號鐵絲編織的菱形金屬網，寬1 070 mm，頂網長度4 200 mm、幫網長度2 700 mm，具體支護參數見圖1(c)。

3 圍巖控制效果分析

通過布置測點對巷道表面位移量進行監(jiān)測發(fā)現，3408下分層運輸巷0～42.1 m范圍在巷道掘出0～110 d階段內，巷道由快速變形到緩慢變形，并最終趨于穩(wěn)定，其巷道頂底板相對變形量約為145 mm，兩幫相對變形量約為103 mm；42.1～919 m范圍的巷道由快速變形到緩慢變形，并在巷道掘出140 d后才趨于穩(wěn)定，其巷道頂底板相對變形量約為226 mm，兩幫相對變形量約為168 mm，其巷道趨于穩(wěn)定時間增加了1個月左右，其頂底板變形量增加81 mm，兩幫變形量增加65 mm，頂底板變形量同比增加55.9%，兩幫變形量同比增加63.1%。這說明3408下分層運輸巷進入煤層底板，巷道周邊圍巖不適用錨桿(索)網支護，而采用工字鋼架棚支護，其支護效果相對較差，但整體來看，巷道圍巖變形量均在合理范圍內。如圖2所示。

圖2 3408運輸巷不同區(qū)域巷道變形曲線

4 結 語

1) 西馮街煤業(yè)3408下分層運輸巷掘進0～42.1 m范圍頂煤厚度較小，采用錨桿(索)網將頂板錨固至基本頂穩(wěn)定的巖層，巷道掘進至42.1～919 m范圍開始進入底板巖層，其頂板煤層厚度較大，完整性較差，不適用于錨桿(索)網支護。

2) 根據試驗巷道具體生產地質條件，提出了西馮街煤業(yè)3408下分層運輸巷掘進規(guī)劃與斷面設計，開發(fā)了西馮街煤業(yè)3408下分層運輸巷混合支護技術，實現了西馮街煤業(yè)3408下分層運輸巷穩(wěn)定控制。