（潞安集團山西壽陽潞陽瑞龍煤業(yè)有限公司，山西 壽陽 030300）

工作面推進(jìn)中過腰巷已成為井工煤礦開采的技術(shù)難題，通過制定好工作面過腰巷的技術(shù)方案，可以有效地減少巷道片幫及冒頂事故的發(fā)生，保障工作面的安全、高效開采[1-4]。

1 工程概況

瑞龍煤業(yè)行政區(qū)劃屬解愁鄉(xiāng)管轄，井田東西長約2550m，南北長約1850 m。150201下綜放工作面位置位于井田西南部，地面標(biāo)高為+1131～+1213m，對應(yīng)地表為荒山溝谷，無建筑物。150201下綜放工作面開采標(biāo)高+851～+895m，埋藏深度280～318m，平均深度299 m；所采15#下煤層的走向長度為970m，傾斜長度為167m，面積161990 m2。工作面腰巷沿15#下層煤底板掘進(jìn)，位于150201下綜放工作面回風(fēng)大巷平行往西717m，（軌道順槽往里717m，皮帶順槽往里792.7 m），掘進(jìn)長度165m，斷面呈矩形，凈寬4.0m，凈3.0m，凈斷面12 m2，頂板煤幫均采用錨網(wǎng)支護(hù)，見圖1。

圖1 腰巷與采面相對位置關(guān)系

2 地質(zhì)力學(xué)測試

本次研究在瑞龍煤業(yè)采用水壓致裂法進(jìn)行地應(yīng)力測量，采用鉆孔觸探法進(jìn)行頂板以上10m范圍內(nèi)和對應(yīng)煤幫10m范圍內(nèi)的煤巖體強度測試，采用孔壁觀察法進(jìn)行頂板巖層分布情況和結(jié)構(gòu)觀測[5]。地質(zhì)力學(xué)測試的目的是為工作面過腰巷以及相應(yīng)巷道的支護(hù)提供依據(jù)。

2.1 測點位置

根據(jù)實際應(yīng)用的需要，本次測試測點選擇2個有代表性的地點，進(jìn)行地應(yīng)力、圍巖強度測試與圍巖結(jié)構(gòu)觀測，目的是對瑞龍煤業(yè)研究區(qū)域巷道圍巖地質(zhì)力學(xué)參數(shù)進(jìn)行詳細(xì)了解，為合理確定巷道支護(hù)參數(shù)奠定基礎(chǔ)，測點位置見圖2。

圖2 第一測點位置

150101探巷沿15號煤層頂板掘進(jìn)，巷道斷面為矩形，寬4.5m，高3.0m，凈斷面為13.5 m2，埋深約350m，采用錨桿+鋼筋托梁+網(wǎng)+錨索聯(lián)合支護(hù)，第一測點布置在150101探巷570m處見圖3。

圖3 第二測點位置

150104輔助運輸大巷沿15號煤層頂板掘進(jìn)，道斷面為矩形，寬4.5m，高3.0m，凈斷面為13.5 m2，埋深約347m，采用錨桿+鋼筋托梁+網(wǎng)+錨索+噴漿聯(lián)合支護(hù)，第二測點布置在輔助運輸大巷中。

2.2 圍巖結(jié)構(gòu)分布及結(jié)構(gòu)觀測

圍巖結(jié)構(gòu)測試的第一項是進(jìn)行圍巖結(jié)構(gòu)觀測，其目的有兩個。其一，通過圍巖觀測可以了解巷道頂板一定范圍內(nèi)的巖層分布和結(jié)構(gòu)面及煤層完整性等情況；其二，通過分析圍巖結(jié)構(gòu)觀測結(jié)果來選取水壓致裂法地應(yīng)力測量試驗段。本文采用電子鉆孔窺視儀對圍巖結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀測，其觀測結(jié)果，見圖4、圖5。

圖4 第一測點頂板巖層結(jié)構(gòu)觀測結(jié)果

圖5 第二測點頂板巖層結(jié)構(gòu)觀測結(jié)果

根據(jù)測點的鉆孔觀測結(jié)果，并結(jié)合收集到的相關(guān)地質(zhì)資料綜合分析可以得到：距離巷道頂板以上0～3.3 m為粉砂巖，呈深灰色，該段巖層基本完整，只在3.1 m和3.2m處有明顯裂隙；3.3～8.3 m為砂質(zhì)泥巖，呈灰黑色，泥質(zhì)膠結(jié)，該段巖層存在較多的微裂隙；8.3～12.1 m為細(xì)砂巖，呈深灰色，鈣質(zhì)膠結(jié)，其中9.2～9.7 m明顯破碎，9.7～12.1 m巖層完整；12.1～14.9 m為炭質(zhì)泥巖，巖層呈黑色，該段巖層裂隙發(fā)育，完整性差；14.9～15.3 m為14號煤，破碎，出現(xiàn)空洞離層；15.3～16.4 m為炭質(zhì)泥巖，完整，16.4～16.6 m為泥巖夾層；16.6～18.0 m為細(xì)砂巖，呈深灰色，該段巖層完整；18.0～18.9 m為13號煤，破碎，出現(xiàn)空洞離層；18.9～19.6 m為m3石灰?guī)r，該段巖層完整。根據(jù)鉆孔窺視結(jié)果，9.7～12.1m、16.6～18.0 m為細(xì)砂巖，這兩段巖層完整，適合進(jìn)行水壓致裂實驗。

2.3 地應(yīng)力測試

本文采用SYY-56型水壓致裂地應(yīng)力測量儀進(jìn)行原巖應(yīng)力測定，通過對壓裂過程中的壓力和時間進(jìn)行實時采集，得到每個測點的水力壓裂曲線，并根據(jù)水力壓裂曲線得到應(yīng)力計算所需要的破裂壓力、重張壓力和瞬時關(guān)閉壓力[4]。

第一測點的地應(yīng)力測試結(jié)果見圖6，測點處巷道高度3.0m，測試段距孔口17.0 m。

圖6 第一測點地應(yīng)力測試曲線

第二測點地應(yīng)力測試結(jié)果見圖7，測點處巷道高度3.0m，測試段距孔口18.5 m。

圖7 第二測點地應(yīng)力測試曲線

表1 瑞龍煤礦水壓致裂地應(yīng)力測量結(jié)果

兩個測點最大水平主應(yīng)力方向分別為N46.2°E和N58.5°E，地應(yīng)力場最大水平主應(yīng)力方向為NEE方向，地應(yīng)力場在量值上屬于低應(yīng)力值，其方向與腰巷的方向平行，對腰巷的支護(hù)方式影響不大。

2.4 圍巖強度測試

地應(yīng)力測試結(jié)束后，在地應(yīng)力測試孔中借助WQCZ-56型圍巖強度測試裝置對巷道頂板以上及巷幫10m范圍內(nèi)的巖體進(jìn)行原位強度測試，測試數(shù)據(jù)經(jīng)過統(tǒng)計、分析和換算后，得到瑞龍礦頂板和幫巖體強度分布情況見圖8、圖9。

圖8 第一測點頂板巖體強度測試結(jié)果

圖9 第二測點頂板巖體強度測試結(jié)果

綜合兩個測點的測試結(jié)果，頂板以上0～3.3 m為粉砂巖，巖體強度平均值為52.12MPa；3.3～8.3 m為砂質(zhì)泥巖，巖體強度平均值為40.91MPa；8.3～12.1 m為細(xì)砂巖，巖體強度平均值為86.30MPa。

3 過腰巷準(zhǔn)備工作

1）做好工作面排水準(zhǔn)備工作，工作面轉(zhuǎn)載機一側(cè)最低點做好水窩，并準(zhǔn)備備用的BQW80-50-18.5型潛水泵一臺，膠帶順槽第一、二水窩水泵提前檢修，滿足一用一備，并指定專人專班清挖水窩沉淀淤泥，防止隨著工作面不斷推進(jìn)而工作面水量增大。

2）提前將兩巷及腰巷內(nèi)的雜物、廢料以及不用的設(shè)備清理干凈。

3）準(zhǔn)備ZQT-130/3.2型錨桿鉆機1臺及配套的鉆桿、鉆頭，錨索漲拉泵，風(fēng)水管路。

4）備足過腰巷所需的支護(hù)材料，單體柱、大板、Φ17.8 m×8.3 m錨索、網(wǎng)卷、π型梁、錨固劑、帶帽點柱等支護(hù)材料。備用量不得少于工作面用量的50%，材料集中分類堆放在工作面回風(fēng)寬敞的地方，保證不影響通風(fēng)、行人。

5）加強綜采設(shè)備的檢修工作，保證工作面所有設(shè)備完好，運轉(zhuǎn)正常，消除機電設(shè)備的失爆，確保液壓管路不漏液，閥組不竄液。

6）設(shè)備、支架易損配件配備充足，防止損壞時能及時更換。

4 過腰巷施工工藝

4.1 提前對腰巷加固支護(hù)

150201下綜放工作面回采至距腰巷80m處時，開始準(zhǔn)備好支護(hù)用的材料運輸?shù)焦ぷ髅孳壍理槻?，利用檢修班安排專人進(jìn)入腰巷內(nèi)加固，其中靠工作面煤幫200 mm處頂板采取補打錨索加π型梁支護(hù)，錨索須采用8#鉛絲與頂板栓緊，巷道中部打設(shè)帶帽點柱，支護(hù)項目：頂板錨索，對腰巷進(jìn)行加固支護(hù)，采用Φ17.8 m×8.3 m錨索，采用1根K2335和2根Z2360 藥卷兩種錨固劑進(jìn)行錨固，錨固力不得小于300 kN；腰巷中部打設(shè)信號點柱進(jìn)行加固：使用Φ200 mm新鮮圓木作為點柱，每間隔5 m打設(shè)一根，打設(shè)在巷道中部。要求柱窩深度不得小于150 mm，下方墊250 mm×250 mm×50 mm厚木托盤；腰巷與膠帶順槽打設(shè)#字木垛：使用Φ200 mm×2 m圓木，木垛打設(shè)在巷道中部，距離巷道左右兩幫間距各1000 mm，間距20 m一個，距離巷口5 m打設(shè)第一個，依次由膠帶順槽向軌道順槽施工，共計打設(shè)5個。

圖10 150201下綜放工作面腰巷加強支護(hù)

4.2 回采工藝

（1）工作面回采距離腰巷50m時，工作面開始調(diào)斜，使機尾超前機頭15～20m，控制好前、后刮板輸送機與轉(zhuǎn)載機搭接長度，機尾以采煤機割通煤墻最為合理。

（2）工作面回采距離腰巷剩余30m時，必須將腰巷的加強支護(hù)全部完成，否則停產(chǎn)處理；檢查頂?shù)装遄兓闆r，防止腰巷出現(xiàn)頂板下沉或底板底鼓造成工作面與腰巷對應(yīng)地點標(biāo)高不統(tǒng)一而無法正常通過；將腰巷兩幫每排的頂腳、底腳錨桿退螺絲帽，回收錨桿托盤。

（3）工作面推進(jìn)距離腰巷30m時，開始對兩巷超前支護(hù)距離加長到50m，并按照作業(yè)規(guī)程要求進(jìn)行打設(shè)。

（4）工作面推進(jìn)距離腰巷20 m到全部通過腰巷后的時段內(nèi)，必須加強對設(shè)備的檢修及維護(hù)力度，保證設(shè)備以良好的狀態(tài)安全、順利地通過腰巷。

（5）本次過腰巷采取工作面調(diào)斜（初步確定為機尾超前機頭10 m），機尾先進(jìn)入腰巷，進(jìn)行斜采推進(jìn)，減少腰巷的揭露長度(最大揭露長度13.36m，推進(jìn)度為800 mm，每次最大揭露10架)，逐步揭露腰巷。

5 兩端頭及兩巷超前支護(hù)管理

1）端頭支護(hù)：端頭每進(jìn)一個循環(huán)，在端頭架2#、3#架和4#架上一層規(guī)格6 m×1 m雙金屬網(wǎng)，網(wǎng)上橫擔(dān)3 m大板垂直與支架維護(hù)端頭頂板，端頭1#架與外煤墻空頂區(qū)采用 2 mπ型梁配合DW35-200/110型單體柱，以1 m排距打設(shè)一梁兩柱棚來維護(hù)端頭區(qū)頂板

2）端尾支護(hù)方法與端頭相同。

3）工作面上下兩巷安全出口必須暢通，以保證緊急情況下人員的撤離路線，工作面上下出口的高度必須大于1.8m，寬度不得小于0.8 m。

4）工作面兩巷超前支護(hù)使用π型梁配合DW35-200/110型單體柱架設(shè)，一梁三柱，且超前維護(hù)長度不得小于40m，并嚴(yán)格按照《150201下綜放工作面回采作業(yè)規(guī)程》的質(zhì)量要求進(jìn)行打設(shè)，缺棚短柱及自落柱要及時安排人員補打替柱。

5）工作面推進(jìn)到腰巷時，驗收員每班要巡查腰巷及兩巷交叉處頂板的破碎情況，當(dāng)兩巷壓力顯現(xiàn)嚴(yán)重時，要適當(dāng)增大兩巷超前棚單體柱支護(hù)密度。

6 結(jié)語

1）從鉆孔窺視結(jié)果來看，15號煤層頂板10m范圍內(nèi)與錨桿支護(hù)直接相關(guān)的煤巖體巖性主要為粉砂巖、砂質(zhì)泥巖、炭質(zhì)泥巖和細(xì)砂巖。

2）水壓致裂地應(yīng)力測試結(jié)果表明：測試區(qū)域地應(yīng)力場在量值上屬于低應(yīng)力值區(qū)域，井下地應(yīng)力場類型為σH＞σh＞σv，地應(yīng)力場最大水平主應(yīng)力方向為NEE方向。

3）圍巖強度測試結(jié)果表明：頂板以上0～3.3 m為粉砂巖，巖體強度平均值為52.12MPa；3.3～8.3 m為砂質(zhì)泥巖，巖體強度平均值為40.91MPa；8.3～12.1 m為細(xì)砂巖，巖體強度平均值為86.30MPa。

4）工作面過腰巷前，對腰巷打錨索棚梁加強支護(hù)，維護(hù)腰巷頂板不破碎；對工作面進(jìn)行調(diào)斜布置，機尾超前機頭，減少腰巷的揭露長度，逐步揭露并通過腰巷。