盧 劍

（山西河曲晉神磁窯溝煤業(yè)有限公司，山西 忻州 036599）

近距離煤層聯(lián)合布置，能夠有效利用現(xiàn)有生產(chǎn)系統(tǒng)，減少開采前期的生產(chǎn)投入，且開采生產(chǎn)集中，生產(chǎn)效率高，近年來在工程實(shí)踐中應(yīng)用廣泛。由于煤層間距較近，切眼掘進(jìn)過程中，巷道斷面跨度大、圍巖穩(wěn)定性差、頂板強(qiáng)度低，上下煤層礦山壓力顯現(xiàn)明顯，導(dǎo)致下部煤層頂板極易冒落，這對(duì)采空區(qū)下大斷面切眼掘進(jìn)帶來極大的困難，進(jìn)而嚴(yán)重影響切眼的掘進(jìn)安全。

根據(jù)礦井的生產(chǎn)接續(xù)計(jì)劃，磁窯溝煤礦10-2#煤層回采即將結(jié)束，需要開采11#煤層，而10-2#煤層與11#煤層層間距平均5.47 m，上層的采空區(qū)還未穩(wěn)定、頂板強(qiáng)度低，給11#煤層切眼大斷面掘進(jìn)頂板管控帶來極大困難。因此，研究近距離煤層大斷面巷道掘進(jìn)支護(hù)，對(duì)于保證掘進(jìn)施工安全具有重大的意義。

1 礦井概括及煤層特征

磁窯溝煤礦井田面積為10.6227 km2，批準(zhǔn)開采煤層為10-1#、10-2#、11#、13#煤層，礦井生產(chǎn)能力為2.4 Mt/a。礦井劃分為兩個(gè)水平，一水平運(yùn)輸大巷布置在10-2#煤層中， 聯(lián)合開采10-1#、10-2#、11#煤層，標(biāo)高+924 m；二水平開采13#煤層?，F(xiàn)生產(chǎn)水平為一水平。

根據(jù)ZK18、ZK23、HZK6-1鉆孔資料和礦內(nèi)現(xiàn)場(chǎng)鉆探驗(yàn)證結(jié)果分析：二盤區(qū)11#煤層區(qū)域煤厚為3～5.5 m，平均煤厚約4.25 m，上下兩層煤間距平均5.47 m，煤層結(jié)構(gòu)簡單，層位較穩(wěn)定。煤層的頂?shù)装逄卣魅缦拢?/p>

偽頂：煤、炭質(zhì)泥巖、泥巖工作面上部發(fā)育。

直接頂：厚度為5.50 m左右的的泥巖夾煤線、炭質(zhì)泥巖夾煤線，泥巖裂隙發(fā)育，砂泥質(zhì)膠結(jié)，易冒落。直接頂上部位為10-2#煤層采空區(qū)，10-2#煤層上部的砂巖隨工作面采空后垮落。

直接底：厚度為0.45 m左右泥巖，黑色、致密，塊狀?yuàn)A薄煤。

老底：厚度為5.50～22.07 m的砂質(zhì)泥巖，粗粒、中粒、細(xì)粒、粉砂巖，白色、灰白色、灰色，成份以石英為主，次為長石及巖屑，見少量暗色礦物及綠泥石，局部含長石細(xì)礫，顆粒棱角狀、次棱角狀，分選較差，泥質(zhì)膠結(jié)，致密堅(jiān)硬中等，局部巖石軟且易碎，發(fā)育斜層理，與底板煤層呈沖刷接觸。

2 切眼布置及掘進(jìn)工藝

2.1 切眼布置

11101切眼布置前，經(jīng)地質(zhì)部門對(duì)該區(qū)域的地質(zhì)情況進(jìn)行預(yù)測(cè)，有效避開大斷層和構(gòu)造，確保巷道開口位置合理。切眼的設(shè)計(jì)寬度參考綜采工作面配套設(shè)備、安裝尺寸，保證滿足設(shè)備安裝要求，故設(shè)計(jì)寬度為7.8 m。同時(shí)考慮到設(shè)備運(yùn)輸及調(diào)車，在切眼內(nèi)設(shè)計(jì)兩個(gè)11 m長的調(diào)車硐室，兩順槽掘進(jìn)到位后再延長11 m兼作調(diào)車硐室，抹角為3 m×3 m，見圖1。

圖1 11101切眼平面布置

2.2 掘進(jìn)工藝

11101切眼掘進(jìn)配套了12CM15-10D型連續(xù)采煤機(jī)、10SC32-48B型梭車、GP460/150型給料破碎機(jī)進(jìn)行掘進(jìn)。頂錨桿、錨索采用CMM2-24型全液壓錨桿錨索鉆車支護(hù)，幫部錨桿采用風(fēng)動(dòng)鉆機(jī)支護(hù)。巷道掘進(jìn)分兩次巷道成型，先掘負(fù)幫側(cè)，寬度為4.5 m，向前掘進(jìn)30 m后退機(jī)刷幫，二次成巷，完成頂部錨網(wǎng)索支護(hù)后再沿巷道中心線支護(hù)1排單體，2 m支護(hù)1根單體。當(dāng)30 m刷幫完成、單體支護(hù)到位后，繼續(xù)向前掘進(jìn)下一個(gè)大循環(huán)。

3 11101切眼支護(hù)設(shè)計(jì)

3.1 支護(hù)設(shè)計(jì)

（1） 頂板支護(hù)

11101切眼頂板錨桿設(shè)計(jì)采用型號(hào)為Φ20 mm×2.2 m的鋼筋錨桿，配套CK2360型樹脂1支，間排距為800 m×1000 m，每排布置10根；錨索設(shè)計(jì)規(guī)格為Φ17.8 mm×5000 mm，配套CK2360型樹脂2支，錨索間排距設(shè)計(jì)為1.5 m×2.5 m，每排5根；W形鋼帶配合錨索布置，鋼帶規(guī)格設(shè)計(jì)為0.23 m×3.6 m每條布置3孔，先掘4.5 m側(cè)頂板支護(hù)2根錨索，二次刷幫時(shí)兩條鋼帶搭接支護(hù)3根錨索，見圖2。

（2） 幫部支護(hù)

正幫錨桿設(shè)計(jì)采用型號(hào)為Φ22 mm×2000 mm的玻璃鋼錨桿，配套CK2360型樹脂1支，間排距為1000 mm×1600 mm，每排3根；負(fù)幫錨桿為鋼筋錨桿，型號(hào)為Φ18 mm×2000 m，配套CK2360型樹脂1支，間排距為1000 mm×1600 mm。

圖2 11101切眼巷道支護(hù)斷面

（3）單體液壓支柱

當(dāng)切眼二次刷幫結(jié)束、錨索支護(hù)完成后，沿巷道中心線設(shè)置一排單體液壓支柱，排距為2 m。礦用單體液壓支柱型號(hào)為DW45-250/110x，單體液壓支柱單體工作阻力不得小于23 MPa，且施工完后采用防倒繩連接頂網(wǎng)，保證安全。

3.2 支護(hù)參數(shù)驗(yàn)算

（1）切眼錨桿校核

利用普氏公式計(jì)算切眼煤幫破碎深度和冒落拱最大高度。

巷道幫部破碎深度：

冒落拱最大高度：b=［B/2+c］/f頂

式中：c為工作面切眼幫部破碎深度，m；b為工作面切眼冒落拱的最大垮落高度，m；B、H為工作面切眼的寬和高，B=7800mm，H=3700mm；ω為fc反算煤體似內(nèi)摩擦角，ω=arctan （fc），fc為煤層普氏系數(shù)， 取2，則ω=arctan（2）=63.43°；f頂為頂部泥巖普氏系數(shù)，取3；c=3700×tan(45°-63.43°/2)=873.62 mm，b=［7800/2＋873.62］/3=1591.21 mm。

利用煤幫破碎深度和冒落拱高度計(jì)算巷頂板載荷集度WS。

式中：WS為切眼巷道頂板的載荷集度，kN/m；b為冒落拱最大高度，1.59 m；γ為懸吊巖體平均容重，取21 kN/m3；B為巷道掘進(jìn)寬度，7.8 m；頂錨桿懸吊頂板，達(dá)到支護(hù)條件需應(yīng)滿足：

式中：L為錨桿總長，mm；L1為錨桿外露長度 （頂網(wǎng)厚+托盤厚+螺母厚+20～50 mm，取50 mm；L2為有效長度 （工作面切眼冒落拱最大高度b），mm；L3為錨入巖體深度，頂錨桿取值350 mm。則：

頂錨桿長L頂（2200 mm）≥L=50+1591.21+350=1991.21mm。

據(jù)上式計(jì)算得出：選取長度為2200 mm的頂錨桿，滿足要求。

（2）切眼錨索校核

錨索支護(hù)計(jì)算巷頂板載荷集度WS，考慮到安全因素，巷道按最嚴(yán)重錨桿冒落高度計(jì)算。

式中：WS為切眼頂板的載荷集度，kN/m；b為工作面切眼最嚴(yán)重的冒落高度，2.2 m；γ為巖體被懸吊的平均容重取值21 kN/m3；B為巷道掘進(jìn)寬度，7.8 m。

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)初步確定錨索的直徑為17.8 mm，長度為5.0 m，確定其長度和位置時(shí)主要應(yīng)考慮載荷高度和穩(wěn)定巖層的賦存，根據(jù)冒落拱高度計(jì)算載荷高度：

式中：Lm為錨索總長，m；La為錨索深入切眼頂板穩(wěn)定巖層的錨固長度，m；Lb為切眼頂板需懸吊非穩(wěn)定巖層（切眼頂部最大冒落高度），取2.2 m；Lc為托盤和鎖具總厚度，取0.2 m；Ld為需外露的張拉長度，取0.35 m（按GB J86-1985要求）。

按下式確定錨索錨固長度La：

式中：k為安全系數(shù)，一般取2～2.5，取2.5 ；D1為七芯鋼絞線錨索直徑，取17.8mm；f1為七芯鋼絞線錨索抗拉強(qiáng)度，取1860 N/mm2；f2為錨固劑與七芯錨索的粘合強(qiáng)度，取10 N/mm2。

4 11101切眼布置實(shí)際效果

圖3 錨網(wǎng)索+鋼帶支護(hù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)拍

11101切眼大斷面巷道掘進(jìn)，特別是上部采空區(qū)垮落時(shí)間不長、頂板不穩(wěn)定，上下兩層層間距較小的情況下，支護(hù)方式采用錨網(wǎng)索，經(jīng)過嚴(yán)格的理論驗(yàn)算，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工經(jīng)驗(yàn)，實(shí)踐驗(yàn)證確定其可靠性（見圖3）。施工工藝上采取二次成巷的方式，有效的緩解了頂板壓力。掘進(jìn)完成一個(gè)循環(huán)后采用單體補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，增加支護(hù)的可靠性，最終安全順利的完成了11101大斷面切眼的掘進(jìn)。

5 結(jié)語

磁窯溝煤礦采空區(qū)下近距離煤層大斷面巷道掘進(jìn)，受到頂板的嚴(yán)重威脅，施工前期，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)條件研究巷道支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)，調(diào)整掘進(jìn)工藝，最終實(shí)現(xiàn)了11101切眼大斷面巷道安全掘進(jìn)，為類似條件大斷面巷道掘進(jìn)提供了借鑒。