袁文生 陳文晨 牛 群

(內(nèi)蒙古福城礦業(yè)有限公司,內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 014217)

1 概述

1301N工作面埋深200m，回采3下煤，上部為3上煤采空區(qū)，平均層間距1.15m。對比烏海、汾西等類似條件礦井極近距離煤層回采巷道支護(hù)參數(shù)，1301N工作面巷道前期提出采用錨帶網(wǎng)+架棚支護(hù)，通過現(xiàn)場試驗(yàn)及礦壓觀測發(fā)現(xiàn)參數(shù)較為保守，為了提高掘進(jìn)效率、降低支護(hù)成本，后期在1301N工作面回風(fēng)巷采用巷道錨帶網(wǎng)+錨索桁架梁支護(hù)[1]，實(shí)現(xiàn)了1301N工作面順槽高效、經(jīng)濟(jì)、安全施工。

2 巷道支護(hù)設(shè)計(jì)

2.1 初始巷道支護(hù)方式

（1）巷道斷面

1301N回風(fēng)巷采用錨帶網(wǎng)+架棚支護(hù)頂板，梯形斷面。巷道斷面：凈寬×中凈高=3.0m×3.0m，S荒=9.92m2，S凈=9.0m2。

1301N運(yùn)輸巷采用錨帶網(wǎng)+架棚支護(hù)頂板，梯形斷面，巷道斷面：凈寬×中凈高=4m×2.8m，S荒=12.2m2，S凈=11.2m2。

（2）支護(hù)參數(shù)

淺埋深近距離復(fù)合頂板施工時(shí)，根據(jù)錨桿錨固到3層夾矸為原則，確定托頂煤厚度1～1.2m。采用二次支護(hù)方式支護(hù)巷道：一次支護(hù)方式采用錨網(wǎng)+W鋼帶支護(hù)；二次支護(hù)方式采用架棚支護(hù)。1301N運(yùn)輸巷永久支護(hù)具體見圖1。

一次支護(hù)方式：錨網(wǎng)+W鋼帶支護(hù)[2]。

頂板采用MSGLD-335等強(qiáng)螺紋鋼式樹脂錨桿（Φ20×L2000mm）配W鋼帶（運(yùn)巷尺寸：4200×280×3mm，風(fēng)巷尺寸：3600×280×3mm）及金屬菱形網(wǎng)支護(hù)，錨桿間排距900×1000mm。

兩幫采用MSGLD-335等強(qiáng)螺紋鋼式樹脂錨桿（Φ20×L2000mm）配W鋼帶（2000×280×3mm和3100×280×3mm）及雙向拉伸塑料網(wǎng)支護(hù)，錨桿間排距為900×1000mm。

每根錨桿采用2支MSZ2835型樹脂錨固劑。錨桿角度：沿頂板法線方向，頂角錨桿與垂直線夾角不大于15°。托盤采用屈服強(qiáng)度不小于235MPa的鋼材制作，規(guī)格150×150×10mm。

二次支護(hù)方式：分段架棚+背板支護(hù)。

棚式支架采用11#礦用工字鋼制作，棚距為1000mm，背板采用半圓木制作。

圖1 巷道永久支護(hù)圖（錨網(wǎng)帶+架棚支護(hù)）

2.2 巷道支護(hù)優(yōu)化方案

現(xiàn)有巷道支護(hù)方式采用錨網(wǎng)+架棚的復(fù)合支護(hù)方式，雖然采用分段架棚可以減少架設(shè)鋼棚數(shù)量，但需要人工多，工人勞動(dòng)強(qiáng)度依然較大，在一定程度上制約了巷道的掘進(jìn)速度。

根據(jù)對1301N運(yùn)輸巷及回風(fēng)巷現(xiàn)場觀測情況，巷道圍巖變形量較小，頂板離層儀檢測顯示最大離層量僅為200mm?？刂齐x層或從根本上消除離層的最直接最有效手段是在高強(qiáng)錨桿支護(hù)基礎(chǔ)上，進(jìn)一步強(qiáng)化低位巖體的力學(xué)性能，改善其受力狀態(tài)。該種支護(hù)形式可以在頂板未出現(xiàn)離層時(shí)強(qiáng)化頂板，減少變形；出現(xiàn)離層時(shí)，形成可靠的兜護(hù)效應(yīng)，阻止巷道頂板冒漏，確保巷道的安全使用[4]。鑒于此，在不改變支護(hù)材料的基礎(chǔ)上，對現(xiàn)有巷道支護(hù)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，以減輕巷道支護(hù)工作量，提高掘進(jìn)效率[3]。

支護(hù)參數(shù)優(yōu)化的整體思路為加大架棚排距，輔助桁架錨索，在降低架棚密度的前提下降低頂板的離層破壞，保證巷道安全。桁架錨索是將處于受壓狀態(tài)的巷道兩肩窩頂板深部巖體作為錨固點(diǎn)和支護(hù)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，通過高強(qiáng)度的預(yù)應(yīng)力鋼絞線傳遞張拉力，直接作用頂板淺部圍巖，并由專用機(jī)具實(shí)現(xiàn)初張力。

（1）加大架棚排距，由原來的1000mm加大至1500mm，采用架4.5m空5m的布置方式。

（2）頂板錨桿采用全長錨固，其他支護(hù)參數(shù)維持不變。

（3）非架棚段采用桁架錨索支護(hù)，采用桁架錨索支護(hù)頂板，錨索選用Φ17.8mm×4200mm的鋼膠線，錨索長度分別為：運(yùn)輸巷上頂角6.4m，下頂角5.4m，回風(fēng)巷上頂角6.1m，下頂角5.1m?？咨罘謩e為：上頂角4.5m，下頂角3.5m。鉆孔與水平夾角分別為：上頂角50°，下頂角15°。每2m施工一組桁架錨索，每組2根，對稱布置，通過連接器連接。錨索安裝采用CK2340一卷及Z2388型樹脂錨固劑2卷，攪拌時(shí)間為45s，30min后上鋼托板張拉預(yù)緊，預(yù)緊力25MPa。

優(yōu)化支護(hù)方案后，架棚工作量較現(xiàn)有架棚減少36.8%，較均勻架棚方式減少58.7%。具體支護(hù)見圖2。

圖2 巷道永久支護(hù)圖（錨網(wǎng)帶+錨索桁架梁支護(hù)）

3 施工工藝優(yōu)化研究

（1）在開門點(diǎn)設(shè)計(jì)臨時(shí)儲(chǔ)矸倉，減少了主井皮帶運(yùn)輸對迎頭掘進(jìn)排矸的影響，當(dāng)主井皮帶停止運(yùn)行時(shí)，利用臨時(shí)儲(chǔ)矸倉儲(chǔ)存迎頭掘進(jìn)的煤矸。

（2）優(yōu)化架棚滯后距離，通過實(shí)踐得出最佳架棚滯后迎頭距離為5～15m。

（3）組建專業(yè)化架棚隊(duì)，利用早班上半班檢修時(shí)間進(jìn)行集中架棚,要求架棚至迎頭以外5m，減少架棚對掘進(jìn)的影響。

（4）利用綜掘機(jī)截割期間對架棚棚腿柱窩處進(jìn)行超深截割，減少架棚人工鑿窩工作量，利用綜掘機(jī)機(jī)身進(jìn)行棚腿架設(shè)，確保架棚速度及安全。

（5）利用早班檢修時(shí)間進(jìn)行巷道標(biāo)準(zhǔn)化整治、打砌水溝、水倉等工作。

（6）非架棚段在2.5m處巷道中間位置打設(shè)一根木點(diǎn)柱作為信號柱，掘進(jìn)及回采期間實(shí)時(shí)觀測信號柱變化情況，出現(xiàn)較大變形時(shí)及時(shí)架棚，防止頂板出現(xiàn)較大離層[5]。

（7）保證掘進(jìn)支護(hù)施工質(zhì)量，盡可能保證頂板平整，避免出現(xiàn)較大凹凸，影響錨桿支護(hù)效果。

4 實(shí)施效果

1301N工作面兩巷掘進(jìn)期間，未發(fā)生冒頂片幫等較大變形。回采期間對工作面采場礦壓進(jìn)行了觀測，分別在1301N運(yùn)輸巷和1301N回風(fēng)巷布置兩組測點(diǎn)[6]，觀測83d，觀測結(jié)果如圖3所示。

圖3 1301N運(yùn)輸巷測點(diǎn)1巷道表面變形量

測點(diǎn)1的觀測結(jié)果表明，1301N回風(fēng)順槽在工作面前方30m處開始顯著變形，在工作面前方15～16m處變形最大，觀測期間巷道兩幫累計(jì)變形量為42mm，巷道頂?shù)装謇塾?jì)移近量為116mm。

圖4 1301N回風(fēng)巷測點(diǎn)2巷道表面變形量

如圖4測點(diǎn)2的觀測結(jié)果表明，1301N運(yùn)輸順槽在工作面前方27～28m處開始顯著變形，觀測期間巷道寬度累計(jì)變形量為34mm，巷道頂?shù)装謇塾?jì)變形量為65mm。

綜上分析可知，采空區(qū)下順槽在該種支護(hù)強(qiáng)度下巷道變形量在可控范圍內(nèi)。

5 結(jié)束語

通過1301N上下巷道的試驗(yàn)，采用錨網(wǎng)帶+架棚支護(hù)以及錨網(wǎng)帶+錨索桁架梁支護(hù)均實(shí)現(xiàn)了極近距離老空區(qū)下復(fù)合頂板支護(hù)。通過施工工藝、勞動(dòng)組織優(yōu)化，掘進(jìn)進(jìn)尺由最初的180m提高到383m，提前兩月完成工程，為生產(chǎn)接續(xù)贏得了時(shí)間，上下順槽的支護(hù)強(qiáng)度滿足了回采期間的要求。