李志海

（西山煤電股份有限公司西銘礦，山西 太原 030052）

·技術(shù)經(jīng)驗(yàn)·

西銘礦12513工作面皮帶順槽支護(hù)技術(shù)

李志海

（西山煤電股份有限公司西銘礦，山西 太原 030052）

以西銘礦南五采區(qū)12513工作面皮帶巷為工程背景，提出了下部煤層巷道同向內(nèi)錯(cuò)布置方式，并分析了其優(yōu)勢。在地質(zhì)力學(xué)測試分析基礎(chǔ)上，根據(jù)預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)原則，給出了合理的支護(hù)參數(shù)，并通過長期礦壓觀測，驗(yàn)證了其合理性，研究成果為類似工作面支護(hù)提供了參考。

同向內(nèi)錯(cuò)；地質(zhì)力學(xué)分析；錨桿支護(hù)；礦壓觀測

1 工程地質(zhì)概況

西山煤電股份公司西銘礦現(xiàn)主要開采02#、2#、8#煤層，12513工作面主要開采2#煤層，平均厚度2．11 m，其上部的02#煤平均厚度2．31 m，煤層結(jié)構(gòu)簡單。2#煤層傾角為1°～10°，平均4°，老頂為中粒砂巖，厚度在3．1 m左右，灰白色，致密堅(jiān)硬，成分以石英為主，下部緩波狀層理發(fā)育，頂面局部發(fā)育1層厚0．3 m的砂質(zhì)泥巖；直接頂為粉砂質(zhì)泥巖，厚度為0．8～3．75 m，平均厚度為2．65 m，灰色或灰白色，水平層理發(fā)育；直接底為粉砂巖，厚度為0．65～1．35 m，灰黑色，塊狀結(jié)構(gòu)，含植物根莖化石；老底為粗粒砂巖，平均厚度為7．85 m，灰白色，粗粒，成分以石英、長石為主，局部含燧石和煤粒，上細(xì)下粗。

工作面地質(zhì)構(gòu)造簡單，預(yù)計(jì)巷道掘進(jìn)正常涌水量3 m3／h，最大涌水量25 m3／h。工作面絕對瓦斯涌出量為10．5 m3／min，相對瓦斯涌出量為2．64 m3／t。

周邊開采情況：02#煤中與12513工作面位置上下對應(yīng)的10513工作面2012年開始回采，現(xiàn)已回采完畢，工作面上部巖層仍處于運(yùn)動(dòng)期間，對下部2#煤掘進(jìn)支護(hù)有影響，特別是臨近其煤柱附近掘進(jìn)巷道影響很大。12513工作面皮帶巷與其相鄰工作面回采完畢，皮帶巷布置位置距相鄰工作面采空區(qū)間隔27 m，相鄰工作面開采引起的上覆巖層持續(xù)活動(dòng)對其掘巷有一定影響。

2 下部煤層巷道同向內(nèi)錯(cuò)布置

近距煤層采用分層逐層開采，上部煤層開采完畢后，下部煤層巷道布置通常有3種方式，見圖1。

圖1 反向內(nèi)錯(cuò)布置方式示意圖

1）重疊布置。2）外錯(cuò)布置。3）內(nèi)錯(cuò)布置。而煤礦生產(chǎn)實(shí)踐中，基于礦壓理論多采用內(nèi)錯(cuò)方式。實(shí)際上，內(nèi)錯(cuò)布置下部煤層巷道都是相對上部煤層同一工作面方位布置的。兩條順槽相向布置在同一工作面采空區(qū)下方，見圖1。該種布置方式的優(yōu)點(diǎn)是下部煤層巷道位于上部煤層采空區(qū)下方，處于應(yīng)力降低區(qū)，圍巖受力小，巷道易于維護(hù)；缺點(diǎn)是相鄰工作面煤柱留設(shè)大，煤炭資源損失大［1-2］。假如把下部煤層工作面兩條順槽內(nèi)錯(cuò)到上部煤層兩個(gè)不同工作面采空區(qū)下方，即兩條順槽沿相同的方向內(nèi)錯(cuò)，見圖2。

圖2 同向內(nèi)錯(cuò)布置方式示意圖

通過改變兩順槽內(nèi)錯(cuò)布置方位，采用同向布置方式，解決了反向內(nèi)錯(cuò)存在的弊端，而且巷道方位靈活性更大，優(yōu)勢更加顯著，具體表現(xiàn)在：

1）相向布置把下部煤層兩條順槽布置在上部煤層兩個(gè)不同采空區(qū)下方，兩條順槽都位于低應(yīng)力區(qū)，降低巷道開挖支護(hù)難度，易于維護(hù)。

2）下部煤層工作面間煤柱留設(shè)不受上部煤層開采的制約，解放了下部煤層開采合理部署，避免了因煤柱留設(shè)過大造成的煤炭損失。

3）下部煤層巷道內(nèi)錯(cuò)距大小更加靈活，可以采取較大的錯(cuò)距避開上部煤層殘留煤柱集中應(yīng)力傳遞和擴(kuò)散對其的影響。

4）下部煤層開采煤柱留設(shè)可大大縮小其寬度，甚至可以采用留設(shè)窄煤柱護(hù)巷的方式，能提高煤炭回收率，實(shí)現(xiàn)煤炭資源的合理可持續(xù)開采。

因此，12513工作面順槽采用同向內(nèi)錯(cuò)布置方式。

3 試驗(yàn)巷道地質(zhì)力學(xué)測試評估

為給巷道設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)，在南五采區(qū)2#煤層布置了地質(zhì)力學(xué)測試測點(diǎn)，對試驗(yàn)巷道進(jìn)行地質(zhì)評估，具體位置見圖3。

圖3 測站位置布置示意圖

主要采用頂板鉆孔窺視對頂板結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，對不同深度頂板圍巖強(qiáng)度進(jìn)行測量，采用小孔徑水壓致裂法對地應(yīng)力進(jìn)行了現(xiàn)場實(shí)測。

綜合以上測試分析結(jié)果，對試驗(yàn)巷道地質(zhì)狀況評估如下：

1）巷道圍巖結(jié)構(gòu)分析表明，試驗(yàn)巷道皮帶巷頂板巖層結(jié)構(gòu)完整，影響頂板離層的裂隙、層理等弱構(gòu)造面不發(fā)育，非常有利頂板穩(wěn)定。

2）巷道圍巖強(qiáng)度分析同樣表明，圍巖結(jié)構(gòu)與圍巖強(qiáng)度具有高度吻合性，圍巖強(qiáng)度受到圍巖結(jié)構(gòu)影響顯著，總體而言，試驗(yàn)巷道皮帶巷圍巖強(qiáng)度波動(dòng)范圍小，穩(wěn)定性良好，巷道開掘支護(hù)影響小。

3）2#煤層屬于中等偏下松軟煤層，試驗(yàn)巷道皮帶巷開掘過程可能出現(xiàn)片幫問題，需要加強(qiáng)兩煤幫的支護(hù)強(qiáng)度。

4）地應(yīng)力分析表明，地應(yīng)力大小對巷道圍巖穩(wěn)定影響程度很小，而試驗(yàn)巷道皮帶巷沿最佳方位布置，非常有利于巷道穩(wěn)定。

總之，內(nèi)在因素對巷道穩(wěn)定影響小，只要支護(hù)形式與參數(shù)選擇合理，預(yù)應(yīng)力水平設(shè)置得當(dāng)，能夠確保巷道穩(wěn)定。

4 工作面皮帶順槽支護(hù)設(shè)計(jì)

4．1 巷道支護(hù)設(shè)計(jì)原則［3-6］

1）一次支護(hù)原則：錨桿支護(hù)應(yīng)盡量一次支護(hù)就能有效控制圍巖變形，避免二次或多次支護(hù)。2）高預(yù)應(yīng)力和預(yù)應(yīng)力擴(kuò)散原則：預(yù)應(yīng)力是錨桿支護(hù)中的關(guān)鍵因素，是區(qū)別錨桿支護(hù)為被動(dòng)支護(hù)或主動(dòng)支護(hù)的參數(shù)，只有高預(yù)應(yīng)力的錨桿支護(hù)才是真正的主動(dòng)支護(hù)，才能充分發(fā)揮錨桿支護(hù)的作用。3）“三高一低”原則：即高強(qiáng)度、高剛度、高可靠性與低支護(hù)密度原則。4）相互匹配原則：錨桿各構(gòu)件，包括托板、螺母、鋼帶等的參數(shù)與力學(xué)性能應(yīng)相互匹配，錨桿與錨索的參數(shù)與力學(xué)性能應(yīng)相互匹配，以最大限度地發(fā)揮錨桿支護(hù)的整體支護(hù)作用。

4．2 支護(hù)參數(shù)

考慮到現(xiàn)場生產(chǎn)需求，巷道采用樹脂全長錨固錨桿錨索組合支護(hù)系統(tǒng)。設(shè)計(jì)南五采區(qū)12513工作面皮帶順槽掘進(jìn)斷面形狀為矩形，尺寸：寬4．2 m，高2．5 m。

1）頂板支護(hù)：錨桿桿體為20#左旋無縱筋螺紋鋼筋，長度2．0 m，桿尾螺紋為M22，螺紋長度不小于100 mm；采用1支規(guī)格為CK2380和1支規(guī)格為K2360錨固劑加長錨固；W鋼帶護(hù)頂，鋼帶規(guī)格：厚度3 mm，寬280 mm，長度3 800mm；錨桿垂直頂板打設(shè)；護(hù)頂鐵絲網(wǎng)網(wǎng)孔規(guī)格50 mm×50 mm，網(wǎng)片規(guī)格4 400 mm×1 000 mm；錨桿排距1 000 mm，每排5根錨桿，間距900 mm，其預(yù)緊力矩≥300 N·m。同時(shí)每3 000mm打2根錨索，錨索間距1 800mm，垂直頂板巖層，錨索材料為d17．8 mm，1×7股高強(qiáng)度低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線，長度5 300 mm，采用300 mm×300 mm×16mm高強(qiáng)度可調(diào)心托板，采用1支CK2380和2支K2360低黏度樹脂藥卷錨固，錨索預(yù)緊力不低于150 kN。

2）兩幫支護(hù)：錨桿桿體為20#左旋無縱筋螺紋鋼筋，長度2．0 m，桿尾螺紋為M22，螺紋長度不小于100 mm。錨桿排距1 000 mm，每排每幫2根錨桿，間距1 000 mm；1支規(guī)格為K2360錨固劑加長錨固；W鋼帶護(hù)板護(hù)幫，鋼帶厚度3 mm，寬280 mm，長度400 mm；托盤采用拱型高強(qiáng)度托盤，規(guī)格為130 mm×130 mm×10 mm，承載能力不低于180 kN；采用菱形金屬網(wǎng)護(hù)幫，網(wǎng)孔規(guī)格50 mm×50 mm，網(wǎng)片規(guī)格1 800 mm×1 000 mm，錨桿垂直巷幫打設(shè)，錨桿預(yù)緊力矩≥300 N·m。

4．3 礦壓觀測分析

通過1#測站的監(jiān)測數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，巷道兩幫的最大變形量為42 mm，頂?shù)装宓淖冃瘟繛?0 mm。由于底板浮煤的影響，使得底板鼓起量的測量會(huì)產(chǎn)生較大的誤差，就頂板的下沉量而言，巷道的頂板最大下沉量為22 mm，兩個(gè)測量斷面的平均下沉量為19 mm。而且從總體來看，巷道的變形量主要集中在掘進(jìn)工作面50 m范圍內(nèi)，超過此范圍，巷道的變形量趨于穩(wěn)定。

1#測站斷面巷道位移量示意圖見圖4。

圖4 1#測站斷面巷道位移量示意圖

5 結(jié) 論

通過對同向內(nèi)錯(cuò)型巷道布置方式的優(yōu)勢分析，并經(jīng)過長期的礦壓觀測，驗(yàn)證了其合理性，得出南五采區(qū)12513皮帶巷運(yùn)用此巷道布置方式是完全滿足要求的，可為類似工作面支護(hù)提供參考。

［1］ 陳炎光，陸士良，徐永圻．中國煤礦巷道圍巖控制［M］．徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，1994：18-27．

［2］ 杜計(jì)平，蘇景春．煤礦深井開采的礦壓顯現(xiàn)及控制［M］．徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2000：4．

［3］ 康洪普，王金華．煤巷錨桿支護(hù)理論與成套技術(shù)［M］．北京：煤炭工業(yè)出版社，2007：36-70．

［4］ 趙一鳴，張 農(nóng)，闞甲廣，等．深井松散煤巷超高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力組合錨桿支護(hù)技術(shù)［J］．西安科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，28（2）：222-225．

［5］ 張 農(nóng)，高明仕．煤巷高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)技術(shù)與應(yīng)用［J］．中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2004（9）：524-527．

［6］ 侯朝炯，郭勵(lì)生，勾攀峰．煤巷錨桿支護(hù)［M］．徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，1999：9-20．

Belt Transportation Roadway Supporting Technology of 12513 Mining Face in Ximing Coal Mine

Li Zhi-hai

Takes 12513 mining face belt roadway of south fifth mining area in Ximing coal mine as the engineering background，puts forward inward staggered arrangement in same side in the lower coal seam roadway，and analyzes their advantages．Based on the analysis of geological mechanics test，according to the principle of prestressed bolting support design，the reasonable support parameters are given，and through the mine pressure observation for a long time，its rationality is verified．The research result provides reference for the similar working face support．

Inward staggered arrangement in same side；Geological mechanics analysis；Bolt support；Mine pressure observation

TD353

B

1672-0652（2013）10-0038-03

2013-07-17

李志海（1968—），男，山西交城人，1990年畢業(yè)于大同大學(xué)，工程師，主要從事煤礦安全生產(chǎn)管理工作（E-mail）sxtyask＠126．com