劉海旗

（山西煤炭進出口集團左權宏遠煤業(yè)有限公司， 山西 晉中 032600）

1 工程概況

礦井儲量豐富，開采技術條件好，煤質優(yōu)良，市場前景廣闊。3號井田可采煤層為2號煤、4號煤、6號煤、7號煤、8號煤、9號煤。目前礦井主要開采2號、4號、-240 m以上6號煤層。其中，2號煤厚3.91～6.95 m，平均5.30 m，采煤工藝以綜采放頂煤為主，村莊下采用充填開采，目前最深開采至750 m。

目前，正在準備的3號井田可采煤層工作面地表位于東古佛村東北500 m左右，皆為農田。井下位置及四鄰采掘情況為：北至F30斷層防水煤柱線，南鄰14474工作面（未采），東臨近BF1斷層，西至-600 m大巷保護煤柱線[1]。

地面平均標高為+168～+171 m，工作面標高-495～-535 m，推進長度454 m，工作面長度80 m，煤厚平均5.5 m，儲量28萬t。

本地區(qū)呈一單斜構造，煤層基本穩(wěn)定，厚度均在1.2 m左右。煤層傾角淺部較緩，深部較陡。斷層附近煤厚可能變薄。老頂為砂質頁巖，厚度3.5 m，深灰色質硬，局部含硅質層理明顯，含砂質不均勻；直接頂為石灰?guī)r，厚度為0.3～2.0 m，青灰色，性脆較硬，含有少量方解石脈；直接底為細砂巖厚度為1.5～2.4 m，深灰色，長石英為主，硅質膠結，局部含黃鐵礦；老底為砂質頁巖，厚度為4.5 m，上部石英長石為主含云母，層理清晰。下部含炭質泥質膠結，節(jié)理發(fā)育局部含細砂。由于工作面臨近斷層，預計本區(qū)域壓力較大如圖1所示。

根據臨近巷道揭露的地質資料分析，該區(qū)基本為一單斜構造。本地區(qū)屬-600水平擴大區(qū)，地質構造控制程度較低，根據掘進巷道揭露的資料以及三維地震勘探資料分析，該區(qū)斷裂構造較為發(fā)育，對煤層采掘影響較大。影響本區(qū)掘進的主要地質因素為DF7（走向27°～67°、傾向117°～157°、傾角66°、落差 0～3 m）、DF11（走向 128°、傾向 38°、傾角 60°、落差 0～13m）、DF12（走向 24°、傾向114°、傾角 60°、落差 0～8 m）、F30（走向 38°～59°、傾向 128°～149°、傾角 70°、落差 20～90 m）及 BF1（走向 22°、傾向 112°、傾角 70°、落差80 m）斷層，除DF12斷層外，均對掘進有較大影響。本地區(qū)主要充水水源為4號煤頂板石灰?guī)r水，根據臨近巷道掘進時揭露的涌水量，預計正常涌水量為0.1 t/min，最大涌水量為0.2 t/min[2]。

圖1 4號煤層綜合地質柱狀圖（部分）

2 礦井原有支護方式

目前，工作面順槽落煤、巖方式為：采用放炮方法落煤，采用ZQS-50/300風動錨頭和YT-26氣腿式風錘打眼，三級礦用乳化炸藥爆破，毫秒電雷管引爆，正向裝藥，串聯(lián)式聯(lián)線，木質炮棍裝炮，水炮泥及軟炮泥封口，防爆型半導體發(fā)爆器引爆。掘進時采用ZWY-150/55L型挖掘式裝載機裝貨。運煤、巖時采用皮帶、刮板輸送機接力運輸。循環(huán)作業(yè)方式采用“三八”作業(yè)制，每班隨掘隨支護。

綜采放頂煤工作面順槽沿4號煤頂板掘進，斜矩形斷面，巷道規(guī)格為4.0 m×2.4 m（凈寬×凈高，巷中頂板向下2.4 m到軌面距離）。巷道頂部采用錨索配合高凸T型鋼帶和專用T型鋼帶托板支護。錨索采用直徑21.6 mm高強度低松弛鋼絞線，長度8.0 m，錨固長度1.8 m，錨索預緊力為100 kN。頂板鋪設鋼筋網，鋼筋網采用Φ6 mm鋼筋焊接而成，網片規(guī)格為1500 mm×1100 mm，網孔規(guī)格100 mm×100 mm，搭接長度100 mm，每100 mm采用12號雙股綁絲綁扎一道。采用長度為2000 mm左旋無縱筋高強螺紋鋼的樹脂錨桿配合W鋼帶對兩幫進行支護，采用專用錨桿托盤、幫鋼帶（規(guī)格：長×寬×厚=2200 mm×140 mm×3 mm）進行封幫，鋼帶垂直于巷道底板布置。錨桿抗拉拔力不小于40 kN（巖巷70 kN），螺母扭矩達到 200 N·m。

雖然目前礦井工作面順槽大都采用高強錨桿、錨索聯(lián)合支護，但由于支護參數選擇不合理，支護施工質量監(jiān)控不夠嚴格，4號煤層掘順槽均出現不同程度的變形和破壞，特別是4號煤層頂板出現了較大范圍的平行于巷道軸向的裂縫，對工作面安全掘進已經產生了較大影響，迫切需要4號煤層綜采放頂煤工作面支護參數進行規(guī)范和優(yōu)化。

3 綜采放頂煤工作面順槽錨桿、錨索支護參數優(yōu)化

綜采放頂煤工作面順槽掘進凈寬度為4000 mm，巷中掘進凈高度為2400 mm。

頂板的錨桿：型號為Φ20 mm×2400 mm左旋螺紋鋼高強的錨桿，匹配150 mm×150 mm×12 mm高強拱形托盤與高強螺母。用加長的樹脂錨固，28 mm為鉆孔直徑，K2335和Z2360各1支用作為錨固劑的規(guī)格，頂板配以鋼筋網作為輔助支護，鋼筋網采用Φ6 mm的鋼筋自行焊接制作，頂板鋼筋網規(guī)格為2000 mm×1100 mm，相鄰網搭接約100 mm，鐵絲鈕扣聯(lián)結[3]。

頂板的錨索：使用1×7股高強度低松弛鋼絞線制，長為7300 mm，Φ21.6 mm，具體的有效長度7000mm左右，一排布置2根，其中間距確定為2000 mm，排距確定為2000 mm，兩根錨索分別距離巷道兩幫1000 mm，錨索應緊跟掘進迎頭施工。錨索采用3支樹脂錨固劑錨固，1支K2335，2支Z2360，理論錨固長度約為1400 mm，在錨索錨固端1300 mm處施加擋圈。錨索托盤采用300 mm×300 mm×12 mm的高強托盤，如果錨索不能垂直巷道頂板布置，應加設調心球墊，錨索預緊力應≥250 kN[4]。

兩幫錨桿：型號為Φ20 mm×2400 mm左旋螺紋鋼高強的錨桿，匹配150 mm×150 mm×12 mm高強拱形托盤與高強螺母，是配套產品。加長樹脂錨固，鉆孔直徑≤30 mm，K2335和Z2360各1支用作為錨固劑的規(guī)格，錨桿預緊力矩不低于200 N·m，但不超過500 N·m。兩幫金屬網規(guī)格分別為2610 mm×1100 mm和2190 mm×1100 mm，相鄰網搭接約100 mm，用鐵絲鈕扣來進行聯(lián)結，網扣間距不超過200 mm。

4 巷道圍巖變形觀測分析

綜采放頂煤工作面順槽試驗巷段共布設2個測站，第1個測站設在試驗巷段開始掘進60 m位置處，間隔120 m布設第2個測站。對2個測站的監(jiān)測數據進行統(tǒng)計分析處理，得到如圖2所示的工作面順槽圍巖變形位移曲線[5]。

圖2 工作面順槽圍巖變形位移曲線

由圖2可看出，最后結果在監(jiān)測的第25 d開始逐步趨于穩(wěn)定，巷道頂板、底板和兩幫圍巖變形量小，最終移左幫和右?guī)徒抗布s為35 mm，頂板和底板移近量共約為25 mm。新支護方案支護的巷道圍巖變形得到了有效控制，工程試驗表明巷道支護參數設計合理，支護方案可行。

[1]陳超.采煤工作面順槽支護設計與應用[J].江西煤炭科技，2016（4）：23-24；29.

[2]任建喜，張楊洋，張琨.深埋厚煤層綜放工作面順槽支護技術研究[J].煤炭技術，2014，33（10）：104-107.

[3]王朗朗，劉混舉.大采高綜采工作面順槽超前支護技術分析[J].煤礦機械，2014，35（5）：10-12.

[4]任建喜，鄭贊贊，張琨，等.深埋特厚煤層綜放工作面順槽破壞規(guī)律與支護技術[J].煤礦安全，2014，45（2）：53-56.

[5]任建喜，王傳智，王聯(lián)合，等.大佛寺礦40108綜放工作面運輸順槽修復支護技術[J].煤礦安全，2013，44（6）：70-72.