摘要：為了解決工作面接續(xù)問(wèn)題盡可能提高煤炭回收率， 龐莊煤礦張小樓井準(zhǔn)在75202工作面孤島工作面掘巷，通過(guò)對(duì)75202工作面地質(zhì)條件的認(rèn)識(shí)，利用工程類比法，確定75202工作面兩道錨桿支護(hù)參數(shù)合理選擇。通過(guò)對(duì)巷道礦壓觀測(cè)及時(shí)對(duì)支護(hù)參數(shù)及時(shí)修改。

關(guān)鍵詞：深部 孤島 沿空掘巷 工程類比法 礦壓觀測(cè)

0 前言

龐莊煤礦張小樓井開(kāi)采深度已經(jīng)達(dá)到-1000m水平以下，地應(yīng)力較高，為了提高煤炭回收率，通過(guò)沿空掘巷實(shí)現(xiàn)無(wú)煤柱開(kāi)采， 特別是錨桿支護(hù)參數(shù)確定及孤島煤柱寬度合理留設(shè)尤其重要。

1 75202工作面的地質(zhì)概況

位于-1025m西一下山采區(qū)西翼，淺部為74107老空區(qū)，深部為剛剛回采的75204工作面，另一翼為未采區(qū)（7煤變薄帶），切眼外側(cè)為K1斷層。標(biāo)高-980m～-1060m，皮帶機(jī)道長(zhǎng)560m，材料道長(zhǎng)660m，切眼（平距）180m。平均煤厚1.8m， 該面里段煤層發(fā)育較穩(wěn)定，外段受變薄帶及構(gòu)造影響較大，煤層厚度變化較大（0.2～1.5m）。材料道開(kāi)口向里50m范圍受變薄帶影響，煤層缺失。該面位于井田“東翼深部向斜”的淺部一翼，煤層傾角由淺向深逐漸變緩；從75204材料道揭露情況來(lái)看，預(yù)計(jì)該面皮帶機(jī)道至少會(huì)受到6條落差0.5～2.2m的斜交正斷層影響；從74107皮帶機(jī)道揭露情況來(lái)看，預(yù)計(jì)該面材料道至少會(huì)受到10條落差0.6～2.4m的斜交正斷層影響；切眼靠近K1斷層，預(yù)計(jì)該區(qū)域內(nèi)小構(gòu)造及構(gòu)造裂隙較發(fā)育，對(duì)掘進(jìn)有一定影響。該區(qū)域水文地質(zhì)條件較復(fù)雜，淺部74107老塘水在該面材料道掘進(jìn)過(guò)程中將會(huì)有比較大的影響；其次是7煤頂板砂巖裂隙水，掘進(jìn)期間局部構(gòu)造裂隙發(fā)育部位會(huì)有不同程度淋水現(xiàn)象，預(yù)計(jì)頂板砂巖水最大水量5m3/h，正常水量1～2m3/h。75202兩道掘進(jìn)斷面凈寬4.7m，凈高(中高)2.6m，跟7煤頂板掘進(jìn)。

75202工作面頂?shù)装寰C合表所示。

2 75202兩道錨桿支護(hù)方案

2.1 75202兩道概況 75202工作面上下均為采空區(qū)，受采動(dòng)影響，巷道支護(hù)上有一定困難，采用錨桿支護(hù)便于巷道維護(hù)。

2.1.1 巷道頂板 頂板采用樹(shù)脂加長(zhǎng)錨固高強(qiáng)度螺紋鋼錨桿支護(hù)，金屬菱形網(wǎng)和鋼筋托梁，采用小孔徑預(yù)應(yīng)力錨索作加強(qiáng)支護(hù)。該方案主要考慮以下因素：①加長(zhǎng)錨桿端錨的長(zhǎng)度能夠提供較高的軸向和橫向約束力，錨固區(qū)的巖體具更高的強(qiáng)度和鋼度，有效約束頂板圍巖破壞和變形，并對(duì)上部頂板下沉起限制作用，有利于防止頂板松動(dòng)垮落。②頂板錨桿通過(guò)鋼筋托梁和金屬菱形網(wǎng)形成一個(gè)整體，共同約束錨固區(qū)內(nèi)頂板的變形和破壞。③采用小孔徑預(yù)應(yīng)力錨索作為加強(qiáng)支護(hù)，可減少巷道頂角剪切應(yīng)力，提高巷道頂板承載能力，同時(shí)將下部錨固區(qū)頂板懸吊在上部穩(wěn)定巖層中，與錨桿聯(lián)合支護(hù)，增強(qiáng)頂板穩(wěn)定性，從而保證巷道頂板安全可靠。④頂板采用錨、梁、網(wǎng)、錨索聯(lián)合支護(hù)，減小兩幫煤體的壓力，提高巷道圍巖的整體穩(wěn)定性。

2.1.2 巷道兩幫 兩幫采用樹(shù)脂加長(zhǎng)錨固左旋無(wú)縱筋螺紋鋼等強(qiáng)錨桿支護(hù)，高強(qiáng)度塑料網(wǎng)和鋼筋托梁，該方案主要考慮以下因素：①兩幫煤體強(qiáng)度較小，受采動(dòng)影響采空區(qū)邊緣煤體受到一定程度破壞，尤其是掘巷后煤柱側(cè)破壞更加嚴(yán)重，錨固長(zhǎng)度過(guò)短時(shí)，常因錨固力偏低而不能充分發(fā)揮錨桿的作用，必須加長(zhǎng)錨固長(zhǎng)度。②左旋無(wú)縱筋螺紋鋼等強(qiáng)錨桿具有一定量的伸長(zhǎng)，使兩幫錨桿支護(hù)具有一定的讓壓作用，以滿足兩幫強(qiáng)烈變形的需要；同時(shí)在巷道變形過(guò)程中為兩幫提供較大的阻力，限制兩幫尤其是窄煤柱的變形，保證巷道兩幫穩(wěn)定可靠。③沿空掘巷圍巖比較破碎承載能力較小，巷道維護(hù)較困難。另外受到本工作面采動(dòng)影響后，超前支承壓力與上區(qū)段側(cè)向支承壓力疊加作用，巷道圍巖壓較大。普通圓鋼錨桿不能適應(yīng)沿空掘巷高應(yīng)力及大變形特點(diǎn)，因此兩幫采用高強(qiáng)度螺紋鋼錨桿支護(hù)。

2.2 錨桿支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)

2.2.1 頂板 采用錨梁網(wǎng)＋錨索聯(lián)合支護(hù)，錨桿采用左旋無(wú)縱筋螺紋鋼等強(qiáng)錨桿Φ22mm， L=2400mm。錨桿間排距750×800(mm)，每排布置7根錨桿及相配套配套塑料阻尼或匹配的快速安裝等強(qiáng)螺母。配合金屬菱形網(wǎng)5.0×1.0(m)和Φ12mm鋼筋托梁，錨桿每孔使用1卷MSCK-Z 2380型樹(shù)脂錨固劑端頭錨固，實(shí)行快速安裝工藝，兩肩窩采用異形托盤。錨索采用Φ18.9mm，L=5300mm的鋼絞線，以巷道頂板中心線對(duì)稱平行布置，間距2200mm，排距3200mm，采用二支樹(shù)脂藥卷，一支MSCK2350（上部）和一支MSCK-Z 2380型（下部）樹(shù)脂藥卷端頭錨固。錨索滯后迎頭安裝時(shí)，但距迎頭最大距離不得超過(guò)2個(gè)錨索的排距。錨索預(yù)緊力不得小于120kN，不大于140kN；其錨固力不小于240kN 。

2.2.2 兩幫 錨梁網(wǎng)索支護(hù)，采用左旋無(wú)縱筋螺紋鋼等強(qiáng)錨桿Φ22mm，L=2400mm。錨桿間排距750×800(mm)，每排布置4根錨桿及相配套配套塑料阻尼或匹配的快速安裝等強(qiáng)螺母。配合高強(qiáng)度塑料網(wǎng)和Φ12mm鋼筋托梁，錨桿每孔使用一支MSCK-Z2380型樹(shù)脂錨固劑端頭錨固，實(shí)行快速安裝工藝，兩幫底角錨桿采用異形托盤。錨索采用Φ18.9mm，L=5300mm的鋼絞線，頂板向下1000mm成450布置，排距與頂板錨索相同，均布置在采空區(qū)側(cè)。

2.3 材料選擇與要求 ①金屬錨桿：金屬桿體抗拉屈服強(qiáng)度不小于320Mpa， 抗拉極限強(qiáng)度不小于500Mpa，延伸率不低于33％錨桿桿體尾部螺紋采用滾絲工藝加工，長(zhǎng)度不小于（100±5mm）。②螺母：使用加厚的與錨桿相配套快速安裝螺母。③鋼筋托梁：采用Φ12mm圓鋼加工鋼筋梯子梁，寬為60mm，長(zhǎng)與巷道寬等長(zhǎng)，極限抗拉強(qiáng)度不小于360 Mpa。④金屬錨桿托盤：規(guī)格為長(zhǎng)140mm、寬140mm、厚10mm的碟形鐵托板，中心孔徑大于錨桿直徑1.5～2.0mm。異形托盤規(guī)格長(zhǎng)140mm、寬140mm、厚10mm，孔傾斜角30°。材質(zhì)均為Q235-AF(A)型。⑤網(wǎng)：金屬網(wǎng)選用8#鐵絲制作的菱形網(wǎng)網(wǎng)孔5×10(mm2)；塑料網(wǎng)選用高強(qiáng)塑料網(wǎng)。⑥錨索:鋼鉸線Φ18.9mm、L=5300mm。⑦錨索托板：長(zhǎng)400mm、厚10mm，采用20#槽鋼加工而成；托板中間加焊1塊長(zhǎng)150mm、寬150mm、厚10mm的鋼板，孔眼眼位居托盤中心，孔徑大于錨索直徑1.5～2.0mm，不得使用鑄鐵。破壞載荷不小于26t，幫錨索托板采用異形托板，幫錨索異型托板由1塊長(zhǎng)400mm、厚10mm，采用20#槽鋼加工而成和2塊長(zhǎng)150mm、寬150mm、厚10mm鋼板加工而成。⑧塑性減摩墊圈：強(qiáng)度與螺母扭距相匹配。

錨索異型托板由1塊長(zhǎng)400mm、厚10mm，采用20#槽鋼加工而成和2塊長(zhǎng)150mm、寬150mm、厚10mm鋼板加工而成，結(jié)構(gòu)見(jiàn)示意圖。

3 煤柱寬度確定

因75202皮帶機(jī)道一側(cè)為75204工作面采空區(qū)，75202材料道一側(cè)為74107工作面采空區(qū)，在側(cè)向固定支承壓力作用下，采空區(qū)邊緣存在應(yīng)力降低區(qū)、應(yīng)力升高區(qū)、原巖應(yīng)力區(qū)，需要確定煤柱合理寬度以便進(jìn)行巷道支護(hù)。通過(guò)對(duì)75204、74107工作面地質(zhì)條件、支護(hù)狀況分析，掌握了75202兩道地應(yīng)力分布特征，采用煤（巖）體表面相對(duì)位移監(jiān)測(cè)方法數(shù)值模似75204工作面回采穩(wěn)定以后，留不同寬度的煤柱掘75202兩道。煤柱的寬度與巷道圍巖變形關(guān)系如下圖所示

由上圖可見(jiàn)，沿采空區(qū)側(cè)掘巷時(shí)，煤柱較小對(duì)巷道穩(wěn)定性較為有利，這個(gè)規(guī)律從數(shù)值模擬得到證實(shí).但煤柱小于(2.5m)時(shí)，巷道圍巖的位移量很大，這是由于雖然該處應(yīng)力較小，但掘進(jìn)受工作面采動(dòng)影響后圍巖較為破碎，圍巖自身的承載能力較小;而煤柱寬度大于6m時(shí)，隨著煤柱寬度增大，巷道圍巖應(yīng)力增大，圍巖變形量增大，不利于圍巖穩(wěn)定。從巷道圍巖控制角度出發(fā)，煤柱寬度取5.0m最有利。

4 巷道礦壓觀測(cè)

為觀測(cè)巷道在掘進(jìn)期間、掘進(jìn)后穩(wěn)定期間及受工作面采動(dòng)影響期間圍巖變化規(guī)律及支護(hù)效果，為了進(jìn)一步改進(jìn)和優(yōu)化錨桿支護(hù)參數(shù)提供第一手資料。在巷道掘進(jìn)過(guò)程中設(shè)相應(yīng)觀測(cè)站，巷道表面位移測(cè)站、頂板多點(diǎn)位移計(jì)測(cè)站、錨桿測(cè)力計(jì)、錨桿錨索錨固力等進(jìn)行觀測(cè)。

4.1 測(cè)站設(shè)置 面位移測(cè)站：每隔60m設(shè)一個(gè)；頂板多點(diǎn)位移計(jì)測(cè)站：每隔100m設(shè)一個(gè)，在巷道中部直接讀取數(shù)據(jù)；錨桿測(cè)力計(jì)：每隔100m幫、頂各設(shè)一個(gè)，直接讀取數(shù)據(jù)。

4.2 測(cè)站觀測(cè)方法 測(cè)站安好后每天觀測(cè)一次連續(xù)觀測(cè)一周，以后每周一次，每次觀測(cè)時(shí)將數(shù)據(jù)及時(shí)間填好，還要記錄測(cè)站距掘進(jìn)迎頭距離及回采期間觀測(cè)數(shù)據(jù)與時(shí)間。

5 結(jié)論

5.1 根據(jù)掘進(jìn)完工及工作面回采結(jié)束后監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，巷道變化后凈寬符合《煤礦安全規(guī)程》綜合機(jī)械化礦井規(guī)定，該支護(hù)強(qiáng)度能有效控制了巷道圍巖變化。

5.2 沿空掘巷提高煤炭回收率同時(shí)解決接續(xù)緊張問(wèn)題，巷道兩幫位移量較大，特別是底鼓變形明顯速度快。（壘計(jì)底鼓量800mm～1000mm）回采過(guò)程中，通過(guò)臥底完全能夠滿足安全生產(chǎn)需要。給千米深井孤島工作面沿空掘巷積壘一些成功經(jīng)驗(yàn)提供理論依據(jù)。