成莊礦15 號煤回采巷道支護技術研究

王勝濤

（晉能控股煤業集團晉城煤炭事業部晟泰公司，山西 晉城 048000）

晉能控股煤業集團成莊礦主采3 號煤，3 號煤可采儲量為243.18 Mt[1]。為實現礦井可持續長遠發展，成莊礦計劃將3 號煤與下組煤15 號煤進行配采。為了保證15 號煤層的正常安全回采，須對15號煤層的巷道支護進行研究[1-4]。因此，對15 號煤層地應力和圍巖強度進行測試，依據測試結果設計15 號煤層工作面回采巷道的支護方案。

1 概況

成莊礦首采XV1307 工作面煤層均厚3.68 m，普氏硬度為2～3，煤層傾角最大5°，最小1°，平均頃角3°。煤層頂板上距K2 石灰巖0～2.50 m，平均0.68 m，距K1 砂巖0～25.80 m，平均12.34 m；底板為泥巖，局部為粉砂巖。回采巷道按“二進二回”布置，XV13071 巷、 XV13072 巷、 XV13073巷、 XV13074 巷及XV1307 工作面切眼均為新掘巷道，沿15 號煤層頂板掘進，其中XV13074 巷為15號煤層支護研究的試驗巷道。

2 地應力和圍巖強度測試

（1）地應力測試

本次測試在XV1307 工作面區域布置了兩個測點：第一測點位于XV13073 巷170 m 處，測點埋深319 m，頂板上方為3 號煤層采空區；第二測點位于XV13074 巷1040 m 處，測點埋深279 m，頂板上方為3 號煤層采空區。測點具體位置如圖1。

圖1 地質力學測站位置示意圖

通過地應力測量，并對測試結果進行計算，結合相關地質資料綜合分析得到：第一測點最大水平主應力為11.94 MPa，最小水平主應力為6.22 MPa，垂直應力為7.37 MPa；第二測點最大水平主應力為11.40 MPa，最小水平主應力為6.18 MPa，垂直應力為6.53 MPa。兩個測點最大水平主應力均大于垂直主應力，最小水平主應力為最小主應力，應力場類型為σH＞σV＞σh型應力場[2]，初步判斷測試區域構造應力占優勢，水平主應力為最大主應力。兩個測點最大水平主應力方向分別為N40.7°W、N32.8°，最大水平主應力方向一致性較好。

（2）圍巖強度測試

鉆孔觸探法是一種比較適合煤礦井下巷道圍巖強度的測量方法，開發了WQCZ-56 型小孔徑井下巷道圍巖強度測定裝置，該裝置采用小直徑鉆孔（56 mm），可在井下進行快速、大面積圍巖強度測量[3-4]。

通過對兩個測點進行巖體強度原位測試，對測試結果進行整理和計算可得：

第一測點頂板0～9.5 m 為石灰巖，厚層狀，致密、堅硬，巖層強度平均111.34 MPa；9.5～10.0 m 為粉砂巖，灰黑色，致密，巖層強度平均77.44 MPa。第二測點頂板以上0～9.0 m 為石灰巖，致密，堅硬，巖層強度平均110.67 MPa；9.0～10.0 m 為粉砂巖，灰黑色，巖層強度平均80.06 MPa。

3 XV13074 巷支護參數設計

以XV13074 巷作為15 號煤層回采巷道支護技術研究的試驗巷道。依據地應力測試和圍巖強度測試結果，巷道支護設計參數如下：

（1）頂板支護

錨桿采用MSGLW-500 鋼材，桿體為Φ22 mm左旋無縱筋螺紋鋼筋，長度2400 mm，桿尾螺紋為M24 mm。錨桿排距1400 mm，每排4 根錨桿，錨桿間距1400 mm，距頂角400 mm 布置，垂直頂板打設，要求預緊力矩不低于300 N·m，不超過400 N·m。采用兩支樹脂錨固劑，一支規格為MSK2335，另一支規格為MSZ2360。鉆孔直徑30 mm，錨固長度1208 mm，錨固力不低于120 kN。錨桿托板為規格150 mm×150 mm×10 mm 的高強度拱形托板。

錨索為1×19 股SKP22-1/1860-5300 鋼絞線，直徑22 mm，長5300 mm。錨索排距2800 mm，每排打設一根錨索，居中布置，距兩幫2500 mm 處打設。錨索托盤為300 mm×300 mm×16 mm 的高強度拱形托板。采用三支錨固劑，一支MSK2335，兩支MSZ2360。鉆孔直徑30 mm，錨固長度1930 mm，預緊力損失后不小于200 kN。鋼筋托梁采用直徑14 mm 圓鋼焊接而成，寬度為80 mm，長4500 mm，規格為Φ14-4500-80-4。網片采用10#鍍鋅鐵絲編制金屬網護頂，網孔50 mm×50 mm。

（2）巷幫支護

非回采側：錨桿采用MSGLW-500 鋼材，桿體為Φ22 mm 左旋無縱筋螺紋鋼筋，長度2000 m，桿尾螺紋為M22 mm。錨桿排距1200 mm，每排3根錨桿，錨桿間距1200 mm，距頂角550 mm 布置，垂直煤幫打設，要求預緊力矩不低于300 N·m，不超過400 N·m。采用兩支樹脂錨固劑，一支規格為MSK2335，另一支規格為MSZ2360。鉆孔直徑30 mm，錨固長度1208 mm，錨固力不小于120 kN。錨桿托板為150 mm×150 mm×10 mm 的高強度拱形托板。采用10#鍍鋅鐵絲編制金屬網加W 鋼護板護表，網片規格為3500 mm×1400 mm，鋼護板規格280 mm×400 mm×4 mm。

回采側：錨桿采用玻璃鋼錨桿，桿體直徑為20 mm，長度2000 m。錨桿排距1200 mm，每排3根錨桿，錨桿間距1200 mm，距頂角550 mm 布置，垂直煤幫打設，要求預緊力矩不低于40 N·m。采用兩支樹脂錨固劑，一支規格為MSK2335，另一支規格為MSZ2360。鉆孔直徑30 mm，錨固長度1005 mm，錨固力不小于70 kN。錨桿托板為Φ10 mm 的圓形玻璃鋼配套托板。采用3500 mm×1400 mm 塑料網加W 鋼護板護表，鋼護板規格280 mm×400 mm×4 mm。具體支護參數如圖2。

圖2 XV13074 巷道支護參數（mm）

4 支護效果

為了驗證支護設計參數的現場試驗效果，采用十字布點法在XV13074 巷安設表面位移監測站，巷道圍巖掘進期間表面位移監測曲線如圖3。

圖3 XV13074 巷掘進期間表面位移監測曲線

由監測曲線可知：XV13074 巷掘進期間巷道兩幫移近量最大為38 mm，頂板沉降量16 mm。巷道兩幫收縮量、頂板沉降量不大，巷道圍巖完整性良好。測站處離層儀顯示淺部和深部離層數值均為0，說明巷道圍巖變形控制效果較好，在錨桿索支護范圍內圍巖保持穩定，沒有發生新的擴容不協調變形，巷道支護參數設計合理可靠。

5 結論

通過地應力測試和圍巖強度測試得到了成莊礦15 號煤XV1307 工作面地質力學參數，依據地質力學參數對工作面回采巷道XV13074 巷進行了初始支護方案設計。現場試驗結果表明，巷道兩幫收縮量、頂板沉降量不大，巷道圍巖完整性良好，15 號煤回采巷道的支護參數設計合理可靠，為后續成莊礦15號煤回采巷道支護設計提供了參考。