王思 王殿錄 申磊 王建民

(冀中能源峰峰集團大淑村礦，河北邯鄲 056002)

孤島煤柱應(yīng)力集中區(qū)巷道布置改造及支護技術(shù)研究①

王思②王殿錄 申磊 王建民

(冀中能源峰峰集團大淑村礦，河北邯鄲 056002)

冀中能源峰峰集團大淑村礦－450m水平原東翼三條大巷處于174102、172102工作面和174104、172104工作面中間的孤島保護煤柱下方，三條大巷均采用錨網(wǎng)索噴支護、局部穿煤段采用U36支架加錨網(wǎng)噴聯(lián)合支護，應(yīng)力集中現(xiàn)象明顯，巷道變形破壞嚴重，雖已加強支護并返修多次，但巷道圍巖變形仍嚴重，無法保證正常安全使用。在充分論證和分析后將－450m水平原東翼三條大巷布置在174102和172102工作面采空區(qū)下方，只有在172102工作面停采保護煤柱下方應(yīng)力集中范圍內(nèi)巷道圍巖變形較嚴重，通過維修和加強支護后，巷道基本穩(wěn)定，其他位置巷道較穩(wěn)定。

孤島煤柱;應(yīng)力集中區(qū);巷道布置;巷道支護

1 工程概況

1.1 工程背景

冀中能源峰峰集團大淑村礦位于峰峰礦區(qū)東北部，地處河北省武安市、磁縣和峰峰礦區(qū)接壤地帶，。井田東西走向長4.8km，南北平均寬約2.0km，井田面積9.7568km2。2003年12月23日正式投產(chǎn)，設(shè)計年生產(chǎn)能力90萬t，2006年生產(chǎn)能力核定為125萬t/年。目前大淑村礦生產(chǎn)水平為－450m，分東一、西二兩個生產(chǎn)采區(qū)，東三、南四兩個開拓準備采區(qū)。

東翼正巷、副巷、皮帶巷位于東翼一采區(qū)，三條巷道其南側(cè)為174102、172102采空區(qū)，其北側(cè)為174104、172104采空區(qū)，東以一、三采區(qū)隔離煤柱為界，西以工業(yè)廣場保護煤柱線為界，三條大巷平面間距為30m，距采空區(qū)50～60m，三條大巷均位于孤島煤柱下方，如圖1所示。

圖1 東翼大巷位置關(guān)系圖

原東翼三條大巷均采用錨網(wǎng)索噴支護、局部穿煤段采用錨網(wǎng)噴+U36型鋼支架聯(lián)合支護，東翼副巷原設(shè)計規(guī)格為凈寬4.6m、凈高3.5m、凈斷面積15m2;東翼正巷、皮帶巷斷面規(guī)格均為凈寬4.4m、凈高3.4m、設(shè)計凈斷面積14.5m2。三條大巷斷面形狀均為直墻半圓拱形，墻高1.3m。

1.2 原東翼大巷破壞及整修情況

原東翼三條大巷施工后巷道變形破壞嚴重，表現(xiàn)為巷道底鼓嚴重、斷面縮小、錨桿錨索破壞、U型鋼支架破壞等。

原東翼副巷于2004年11月開工建設(shè)，總長度993m，2007年3月竣工，在此期間進行了三次大規(guī)模整修。第一次是2006年5～9月，因施工期間巷道后路底鼓、變形嚴重影響安全而被迫停止施工，進行整修;第二次整修是2008年3～9月，費時6個月，再次整修巷道265m;2009年3～5月又對巷道160m失修嚴重地點進行整修，三次整修均采用錨網(wǎng)噴索聯(lián)合支護。截止到2010年1月又有近300m巷道嚴重失修，現(xiàn)最小斷面僅為3.12m2兩幫收縮及底鼓量達到了2m。

原皮翼皮帶巷于2007年5月完工，總長度為994m。進行過兩次整修，2008年6～9月對第一聯(lián)絡(luò)巷以東約470m巷道進行整修;時隔半年該段巷道再次變形、底鼓、砼層開裂，又于2009年8～11月進行了第二次整修，兩次整修均采用錨網(wǎng)噴+錨索聯(lián)合支護。截止到2010年1月東翼皮帶巷約120m巷道變形嚴重底鼓達1.1～1.3m，最小斷面僅為3.6m2，巷道頂部下沉，砼層開裂嚴重，人員行走困難，不整修難以保證行人安全。

原東翼正巷總長975m，自2006年10月完工以來，已進行了多次返修。2006年11月～2007年3月，歷時5個月對大巷采用了錨網(wǎng)噴+U36型鋼支架+壁后圍巖注漿聯(lián)合支護措施，U36型鋼支架棚距為0.8m錨索采用Φ21.6mm的高強度錨索、錨索之間加Φ16mm的梯子梁，錨桿型號為Φ22mm，L2400mm，而且在外段100m巷道采取了底板自鉆式錨桿注漿加固和打底角錨桿等加固措施。到2008年7月底東翼正巷由于底鼓、U鋼支架扭曲變形、砼層開裂、水溝多處損害、巷道多處積水，電機車無法正常運行，被迫停止三采區(qū)下山延伸工程施工。從2008年8月開始至今已經(jīng)進行了兩次整修，現(xiàn)巷道最小斷面僅為7m2。

2 對-450m水平原東翼大巷進行改造的必要性與可行性分析

2.1 必要性分析

－450m水平原東翼三條大巷失修變形嚴重的原因主要有：(1)孤島煤柱影響：三條巷道兩側(cè)的2#及4#煤層均已開采，其所在區(qū)域?qū)儆诠聧u煤柱形成的應(yīng)力集中區(qū);(2)大松動圈影響：三條巷道進行多次整修，導致巷道圍巖松動范圍擴大，錨桿、錨索較難錨固在穩(wěn)定圍巖當中，難以有效發(fā)揮錨網(wǎng)索的作用;(3)構(gòu)造和地應(yīng)力影響：巷道所處地質(zhì)條件較差，地質(zhì)構(gòu)造較多使得巷道變形破壞嚴重。

－450m水平原東翼三條大巷失修的嚴重后果：(1)維修費用高，整修困難：三條巷道自2007年初建成以來到2009年底，三年時間先后對其進行了多次大范圍的整修，共整修巷道約2400m，整修費用約為8000元/m，共計花費資金約1920萬元，平均每年需投入資金640萬元。按此計算，－450m水平東翼大巷的服務(wù)年限為20年，共需投入資金12800萬元，投入資金巨大。(2)影響地區(qū)銜接：嚴重影響通風、運輸、行人安全。每年都要安排三組施工隊伍對三條大巷進行整修。且回風巷整修期間，三采區(qū)軌道巷、皮帶巷、回風巷三條準備巷道需全部停止施工，嚴重影響三采區(qū)的正常采掘活動。因此有必要對東翼三條大巷進行優(yōu)化布置。

2.2 可行性分析

目前國內(nèi)外減少巷道破壞的方法主要有：(1)合理選擇巷道位置：一般選擇在較為穩(wěn)定、應(yīng)力情況簡單的巖層中，或布置在泄壓帶內(nèi)，以減小巷道圍巖壓力;(2)加強巷道支護力度：一般采用錨網(wǎng)索噴套加U型鋼，配合圍巖注漿以及底板錨注等聯(lián)合支護方式。

根據(jù)南翼軌道巷、皮帶巷兩條大巷在采空區(qū)下布置的成功經(jīng)驗，考慮在172102及174102工作面采空區(qū)下重新布置東翼軌道巷、皮帶巷、回風巷三條大巷，如圖1所示。根據(jù)井下現(xiàn)有的巷道布置情況，三條大巷均能較合理的與現(xiàn)有生產(chǎn)系統(tǒng)銜接，在三條大巷掘進期間，加強對原東翼正巷的維修，利用原東翼回風巷和1#填矸巷作為三采區(qū)的回風通路，可保證三采區(qū)三條下山在三條大巷掘進期間能夠正常施工。因此重新布置三條大巷從技術(shù)上是可行的。

－450m水平三條大巷整修與改造及經(jīng)濟效益分析與比較：－450m水平新東翼大巷設(shè)計總工程量為4112m，掘進及支護費用平均在1萬元～1.3萬元/m，需投入資金約5000萬元，機電設(shè)備及其它投入共計需6000萬元。大巷布置在采空區(qū)下不會產(chǎn)生嚴重破壞變形，但局部不可避免的會出現(xiàn)較嚴重變形失修，預(yù)計年整修工程量約200m，整修費用8000元/m，每年約投入資金160萬元，在服務(wù)年限內(nèi)(按20年計算)整修費用共計3200萬元。大巷改造及改造后巷道維修費用與維護原三條大巷費用相比，可節(jié)約資金3600萬元。而且改造后可以解放孤島煤柱，增加可采儲量100余萬t，有效的緩解礦井銜接緊張的局面，為企業(yè)可持續(xù)發(fā)展創(chuàng)造有利條件，可帶來巨大的經(jīng)濟、安全及社會效益。

3 -450m水平新東翼大巷改造方案

3.1 新東翼三條大巷布置

改造－450m水平新東翼軌道、皮帶、回風三條大巷沿172102及174102工作面采空區(qū)下布置，如圖1所示，巷道具體布置方式如下：

新東翼軌道巷：從東一采區(qū)軌道上山下部車場15#經(jīng)緯點前32.6m處按130°方位+0.26°(+ 4.5‰)坡開口，開口后掘進75.6m拐線按79°方位掘進576.6m與南正巷貫通;巷道貫通后繼續(xù)按79°方位+0.17°(+3‰)坡掘進290m(與南正巷貫通后巷道掘至65m時將穿過174102工作面采空區(qū))，到拐線位置按29.1°方位拐線掘進91.1m后按曲率半徑30m圓心角133.3°拐弦，掘進58.2m與三采區(qū)軌道下山貫通。

新東翼皮帶巷：從東一采區(qū)皮帶上山6#經(jīng)緯點前3.7m處按79°方位+3°坡掘進99.8m后取平掘進50m，然后按－4°坡掘進286.5m后取平掘進131.8m與南翼皮帶機道貫通;巷道貫通后繼續(xù)按79°方位+3°坡掘進80m后取平掘進100m (巷道取平后將穿過174102工作面采空區(qū))，然后按－1°坡掘進200m至拐線位置，拐線后與東翼皮帶機道三采區(qū)煤倉下口貫通。

新東翼回風巷：從東一采區(qū)回風上山10#經(jīng)緯點按75.9°方位開口掘進194.2m穿過4#煤拐線，拐線后按79°方位取平掘進104.6m后按+ 16°起坡掘進143.3m(此段巷道掘進期間將穿過4#煤層)，掘至距2#煤底板16m位置，然后巷道按走向煤巖層傾角布置掘進766.4m至拐線位置，拐線后與三采區(qū)回風下山貫通。

3.2 大巷斷面設(shè)計

新東翼軌道巷：設(shè)計巷道斷面為直墻半圓拱形，巷道凈寬4.6m，凈高3.8m，設(shè)計凈斷面15.2m2。巷道采用錨網(wǎng)索噴支護形式，穿過野青采空區(qū)時，采用錨網(wǎng)索噴+U36型鋼支架+壁后圍巖注漿的聯(lián)合支護形式。

新東翼皮帶巷：設(shè)計巷道斷面為直墻半圓拱形，巷道凈寬4.4m，凈高3.7m，設(shè)計凈斷面14.2m2。皮帶機頭巷道凈寬4.6m，凈高3.8m，設(shè)計凈斷面15.2m2。巷道采用錨網(wǎng)索噴支護形式，穿過野青采空區(qū)時，采用錨網(wǎng)索噴+U36型鋼支架+壁后圍巖注漿的聯(lián)合支護形式。在對應(yīng)172102停采線前方50m及后方20m共計70m范圍內(nèi)，除了采用錨網(wǎng)噴支護外，還采用了中國礦業(yè)大學(北京)研制的高支護強度的鋼管混凝土支架支護技術(shù)。

新東翼回風巷：巷道為直墻半圓拱形，外段巷道凈寬4.8m，凈高3.9m，設(shè)計凈斷面16.2m2。進入泄壓區(qū)內(nèi)巷道凈寬4.6m，凈高3.8m，設(shè)計凈斷面15.2m2。巷道采用錨網(wǎng)噴+錨索支護形式，穿4#煤層時，采用錨網(wǎng)索噴+U36型鋼支架的聯(lián)合支護形式。

3.3 大巷支護方式及參數(shù)

巖巷支護：巷道采用錨網(wǎng)噴+錨索聯(lián)合支護。噴厚100mm的C20砼。錨桿為Φ22mm，L2400mm的高強度螺紋鋼樹脂錨桿。錨桿間排距均為700mm，交錯排列。托盤使用專用錨桿鋼托盤。每根錨桿注5支2345型樹脂藥卷。單根錨桿設(shè)計錨固力不小于120KN，錨桿預(yù)緊力矩140Nm以上。掛Φ6.5mm鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)孔為150× 140mm，規(guī)格1.5×0.8m，網(wǎng)片搭接長度100mm。錨索使用Φ21.6mm，L7000mm鋼絞線，間距1.6m，排距2m，每排布置3根錨索。

穿煤層巷道支護：新東翼軌道巷穿4#煤掘進31.7m，新東翼皮帶巷穿4#煤掘進50m，新東翼回風巷兩次穿4#煤共計44m，三條巷道共計126m，巷道采用錨網(wǎng)噴+U36型鋼支架聯(lián)合支護形式。U36型鋼支架間距為800mm，由4節(jié)組成，每架配7副卡纜(頂部3副，兩肩各2副)及200×150× 12mm鋼板底座兩塊，搪材間距為400mm;錨網(wǎng)噴支護參數(shù)同巖巷支護參數(shù)。

未進入泄壓區(qū)下巷道支護：新東翼軌道、皮帶、回風三條巷道，未進入采空區(qū)下100m巷道支護采用錨網(wǎng)噴+錨索+圍巖注漿聯(lián)合支護。具體支護方式為：首先對巷道進行錨網(wǎng)噴+錨索支護，其支護參數(shù)同巖巷錨網(wǎng)索支護參數(shù)。然后對巷道頂板進行水泥淺部注漿(孔深2.5m)，對巷道頂幫進行深部化學注漿加固(孔深8m)，對巷道底板實施注漿組合錨索(孔深12m)。對巷道淺部注漿選用水泥+水玻璃漿加復(fù)合添加劑。對圍巖深部使用高分子化學漿—德克因進行錨固，該材料其具有較好的滲透性、較高的粘合力和較強的機械性能，與地層有較強的親和力，固結(jié)體的柔韌性能承受一定的地層變形。材料注入地層以后，低粘度混合物保持幾秒鐘，滲透進細小的裂縫，將受注體更好地膠結(jié)為一個整體，對巷道圍巖起到有效的固結(jié)作用。

穿野青采空區(qū)支護：新東翼軌道巷穿野青采空區(qū)26.8m巷道，新東翼皮帶巷穿野青采空區(qū)20.8m巷道，揭露采空區(qū)前20m，以及過采空區(qū)后20m(兩條巷道共計128m)使用錨網(wǎng)噴+錨索+圍巖注漿+U36型鋼支架聯(lián)合支護。錨網(wǎng)噴+錨索支護參數(shù)同巖巷錨網(wǎng)索支護參數(shù);圍巖注漿采用注雙液漿(水泥+水玻璃)，巷道全斷面注漿; U36型鋼支架間距為700mm，由4節(jié)組成，每架配9副卡纜(頂部3副，兩肩各3副)及200×150× 12mm鋼板底座兩塊，搪材間距為400mm。

4 -450m水平東翼大巷改造效果

目前－450m水平新東翼三條大巷都在掘進過程中，三條大巷均已經(jīng)掘至172102工作面的采空區(qū)下方。由于172102工作面停采保護煤柱下方屬于應(yīng)力集中區(qū)，因此在172102工作面停采線下方附近巷道變形較嚴重，其他位置巷道均較穩(wěn)定。目前已經(jīng)對新東翼軌道巷的應(yīng)力集中范圍進行了整修，對皮帶巷的應(yīng)力集中范圍采用了中國礦業(yè)大學(北京)研制的高支護強度的鋼管混凝土支架支護技術(shù)，目前巷道穩(wěn)定，沒有出現(xiàn)明顯變形破壞。

5 結(jié)語

通過對于大淑村礦的巷道布置方式研究可知，在泄壓帶內(nèi)進行泄壓的方式來進行布置，比較符合本礦井的實際情況。通過在174102采空區(qū)的泄壓帶內(nèi)進行泄壓，來達到減小巷道的圍巖的壓力的目的，實際的生產(chǎn)證實這個方法效果非常的理想，不僅使礦井的安全生產(chǎn)環(huán)境得到了很大的改善，同時也解放了保護性的煤柱，提高了礦井的生產(chǎn)量。

［1］劉奎，劉長友，李德文，等.超長綜放孤島面礦壓規(guī)律及支架適應(yīng)性研究［J］.采礦與安全工程學報，2007，24(1)：84－87

［2］霍靈軍，王晨，黃漢富，等.小煤柱二次承壓巷道的礦壓顯現(xiàn)規(guī)律研究［J］.礦山壓力與頂板管理，2002，19(2)：78－80

［3］侯保青.淺探近距離煤層開拓巷道的聯(lián)合布置［J］.中州煤炭，2011，(1)：41－42

Isolated island pillar stress area roadway in dashucun mine optimization layout modification and support

WANG Si，WANG Dianlu，SHEN lei，WANG Jianmin

(Jizhong Energy Fengfeng，Mig DaShucun Mine，Handan Hebei056002)

Fengfeng Jizhong energy group Dashucun mine－450m levels in former East Wing three lane in 174102，172102，and 174104 working face in 172104 working face of the protective coal pillar beneath the middle island，three lane using the anchor rope supporting in coal，local section of the use of U36 bracket plus anchor net combined support，stress concentration phenomenon is obvious，the roadway deformation destruction，although already reinforced support and repaired many times，but the roadway surrounding rock deformation is serious，cannot ensure the normal and safe use of.In the full theory and analysis of evidence after the 450m level in former East Wing three roadway layout in the 174102 and 172102 working face goaf below，is currently driving construction process，only in 172102 working face mining stopped protective coal pillar stress concentration range below the roadway surrounding rock deformation is more serious，the repair and reinforcement after supporting the roadway，basically stable，the other position roadway stability.

isolated coal pillar;stress concentrated area;roadway layout optimization;roadway support

TD353

A

1672－7169(2011)04－0010－4

2011－09－15

王思(1970－)男，河北臨漳人，采礦工程師，冀中能源峰峰集團大淑村礦安全副礦長。