高 山

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)晉圣億欣煤業(yè)，山西 晉城 048200）

1 礦井概況

1.1 地質(zhì)賦存條件

億欣煤業(yè)井田呈不規(guī)則多邊形，東西走向最寬9.5 km，南北最長(zhǎng)約6.2 km，開采標(biāo)高為1 530～640 m?？刹?5 號(hào)煤層，一般厚1.60～3.81 m，平均厚2.55 m，屬穩(wěn)定可采煤層；本組地層平均厚度44.0 m，其中2 號(hào)煤層厚0.25～3.15 m，平均厚1.50 m。

1.2 水文情況

井田內(nèi)地形總體西高東低、南北高中部低，沖溝發(fā)育，據(jù)實(shí)地調(diào)查，本區(qū)形不成大的洪流，溝谷內(nèi)的洪水屬即排即泄型。歷史最高洪水水位在井田區(qū)以南溝谷，標(biāo)高約1 129.50 m，億欣煤業(yè)設(shè)計(jì)利用原富景西都煤業(yè)有限公司工業(yè)廣場(chǎng)，標(biāo)高為1 136.0 m，主井口標(biāo)高為1 136.1 m，副井標(biāo)高為1 136.1 m，風(fēng)井標(biāo)高為1 135.576 m。

2 工作面概況

2.1 工作面的位置

XV1307 綜采工作面位于15 號(hào)煤層一盤區(qū)東軌道大巷南側(cè)，XV1306 綜采工作面（已采） 東側(cè)，XV2306 工作面（正在布置）西側(cè)。工作面傾斜長(zhǎng)度為180.00 m（XV1214 巷巷中 -XV1213 巷巷中），走向長(zhǎng)度為673.6 m，煤層平均厚度為2.24 m。

2.2 煤層頂、底板

工作面煤層頂、底板情況見表1。

表1 煤層頂、底板情況

2.3 水文地質(zhì)情況

XV1306、XV1307 工作面水文地質(zhì)條件較為簡(jiǎn)單，主要充水源為上覆地層層間裂隙水，預(yù)計(jì)最大涌水量為30 m3/h，正常涌水量為10 m3/h，對(duì)切頂切壓留巷造成的影響較小。

2.4 頂?shù)装鍘r性

從ZK3-3 柱狀可知，基本頂為K2 灰?guī)r，直接賦存在煤層上方，厚8.9~16.36 m；在頂板下位上方8.9m 處有厚度為1.7 m 的砂質(zhì)泥巖和0.4 m 的煤線。

3 沿空留巷簡(jiǎn)介

3.1 總體方案

1）切得開：通過切縫孔配合聚能管進(jìn)行爆破，單向切開巷道與工作面頂板聯(lián)系，將頂板受力三角區(qū)轉(zhuǎn)移至工作面內(nèi)。

2）支得?。豪煤阕桢^索進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固，控制頂板下沉量。

3）擋得住：工作面推進(jìn)過程中，頂板垮落，U 型鋼梁及鋼筋網(wǎng)能起到有效擋矸作用。

4）護(hù)得?。侯A(yù)留巷道會(huì)受到動(dòng)壓影響，采用π型鋼梁加1 梁4 柱支護(hù)。

3.2 具體步驟

1）恒阻錨索加強(qiáng)支護(hù)，按所設(shè)計(jì)的支護(hù)參數(shù)施工恒阻大變形錨索加固巷道，并在切縫側(cè)恒阻錨索沿著巷道走向添加W 鋼帶提高整體支護(hù)性能。

2）切縫孔施工位置為切縫孔布置與頂板垂線夾角為15°，切縫孔間距500 mm，距工作面煤壁200 mm，允許誤差±50 mm，眼深10 m，正向裝藥。

3）待工作面回采后，及時(shí)在兩巷端頭支架后安設(shè)“1 梁4 柱”，在靠近采空區(qū)側(cè)鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)、安設(shè)單體柱和可縮性U 型鋼。

4）待巷道穩(wěn)定后，通過各類礦壓數(shù)據(jù)及人工測(cè)站分析，在架后0～200 m 穩(wěn)定區(qū)段，逐步撤除巷幫及巷內(nèi)單體柱。

4 “十”字巷道提前留巷支護(hù)計(jì)算

4.1 “十”字巷道礦壓顯現(xiàn)

億欣煤業(yè)XV1307 工作面正常回采，當(dāng)工作面推進(jìn)至XV1214 巷距離XV2306 工作面切眼30 m 范圍內(nèi)時(shí)，XV1214 巷超前支護(hù)范圍內(nèi)局部頂板出現(xiàn)了破碎現(xiàn)象，伴隨幫鼓、片幫，XV1307 工作面前半部1-20 號(hào)支架壓力表讀數(shù)增大，煤體片幫增大，偶爾出現(xiàn)煤炮等現(xiàn)象。隨著XV1307 工作面推進(jìn)，XV2306切眼內(nèi)也有一定礦壓顯現(xiàn)。

XV1307 工作面原計(jì)劃當(dāng)推進(jìn)至XV1214 巷距離XV2306 工作面切眼5 m 時(shí)，開始正常沿空留巷。目前面臨“十”字巷道礦壓顯現(xiàn)明顯，為確保XV1214巷道留巷的完好以及XV2306 工作面切眼支護(hù)完好，XV1307 工作面正?；夭赏ㄟ^此段，臨時(shí)制定措施，XV1214 巷提前25m 留巷、對(duì)XV2306 工作面切眼進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，XV1307 工作面內(nèi)1-20 號(hào)支架要升緊支架，保證初撐力達(dá)標(biāo)?！笆弊窒锏谰唧w位置見圖1。

4.2 巷道原支護(hù)

XV1214 巷巷道凈斷面5 m×2.5 m，目前工作面推進(jìn)至十字巷道口約30 m，XV1214 巷及XV2306 工作面切眼、XV1307 工作面礦壓顯現(xiàn)，XV1214 巷道局部圍巖出現(xiàn)變形，幫部出現(xiàn)片幫。

圖1 “十”字巷道位置示圖

4.2.1 理論計(jì)算法

XV1214 巷超前支護(hù)強(qiáng)度

PL=K×Kd×2a×γd

式中：K為工作面超前支護(hù)圍巖狀況修正系數(shù)，取1.1；Kd為工作面采動(dòng)應(yīng)力作用下超前支護(hù)段的動(dòng)載系數(shù)，根據(jù)本工作面預(yù)計(jì)的礦壓顯現(xiàn)程度進(jìn)行選取，一般選取1.5-2；2a為工作面超前支護(hù)巷道寬度，m；γd為頂板巖石容重，kN/m3，一般取 25 kN/m3。

4.2.2 原有巷道支護(hù)強(qiáng)度

XV1214 巷為初次使用巷道，凈斷面為5 m×2.5 m，每根鋼筋托梁施工4 根錨桿，每根錨桿錨固力為126 kN，錨索排距5.4 m，錨索預(yù)緊力要求不低于120 kN。

XV1214 巷超前支護(hù)段，

式中：Ps為超前支護(hù)段原巷道掘進(jìn)（或維修時(shí)）的設(shè)計(jì)支護(hù)強(qiáng)度；K為工作面超前支護(hù)段圍巖狀況修正系數(shù)。

4.2.3 加強(qiáng)支護(hù)強(qiáng)度應(yīng)滿足

XV1214 巷超前支護(hù)

P≥PL-Py=275 kN/m2-48.35 kN/m2=226.65 kN/m2

4.3 加強(qiáng)支護(hù)

1）恒阻錨索主動(dòng)支護(hù)補(bǔ)強(qiáng)后。

3）被動(dòng)支護(hù)。采取工字鋼梁配合1 梁4 柱，工字鋼梁0.5 m 排距，支護(hù)強(qiáng)度：

P=90×4/50×0.5=144 kN/m ＞ 137.044 8 kN/m2

滿足支護(hù)要求。

5 “十”字巷道提前留巷支護(hù)方式

5.1 主動(dòng)支護(hù)

XV1214 巷距XV2306 切眼20 m 范圍內(nèi)采用恒阻錨索加W 鋼帶主動(dòng)支護(hù)頂板補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，共施工3排，具體規(guī)格及參數(shù)如下。

施工第1 列恒阻錨索，距留巷幫600 mm，恒阻錨索排距1 000 mm；第2 列恒阻錨索距第1 列恒阻錨索間距1 000 mm，第2 列恒阻錨索排距為2 000 mm，恒阻大變形錨索垂直于頂板方向布置，托盤選用300mm×300mm×20mm 的平托盤，中間加工直徑100 mm 的圓孔；距第2 列恒阻錨索間距1 700 mm施工第3 列恒阻錨索，第3 列恒阻錨索排距為2 000 mm，施工時(shí)與頂板75°。具體見圖2。

圖2 恒阻錨索及π 型鋼梁支護(hù)示意圖

5.2 切縫孔預(yù)裂爆破

在XV1214 巷內(nèi)距十字口巷道位置20 m 范圍施工切縫孔，切縫孔施工位置為切縫孔布置與頂板垂線夾角為15°，切縫孔間距500 mm，切頂線距工作面煤壁200 mm，允許誤差±50 mm，眼深10 m。使用聚能管進(jìn)行切縫，一次最多起爆8 個(gè)炮眼，每爆破4個(gè)眼，中間留1 個(gè)炮眼不起爆，作為觀測(cè)頂板窺伺孔，觀察頂板變化。

5.3 擋矸支護(hù)

U 型鋼頂部帶有鋼管側(cè)插在切頂線爆破孔內(nèi)，下部支在預(yù)先挖好的排水溝內(nèi)確保在實(shí)底上，支設(shè)好的U 型鋼之間采用“加工的連接片”聯(lián)鎖。鋼筋網(wǎng)為直徑為6.5 mm 的鋼筋焊接網(wǎng)，每卷鋼筋網(wǎng)尺寸為1 600 mm×2 500 mm，鋼筋網(wǎng)與鋼筋網(wǎng)之間重疊100 mm，并用聯(lián)網(wǎng)絲捆扎，鋼筋網(wǎng)與原支護(hù)網(wǎng)連接采用寬度為400 mm 菱形網(wǎng)連接。U 型鋼間距500 mm。為防止矸石將U 型鋼梁推出，在U 型鋼梁中間緊貼連接片支設(shè)1 根單體柱，單體柱與U 型鋼梁間距250 mm。具體見圖3。

圖3 擋矸與臨時(shí)支護(hù)側(cè)視圖

5.4 被動(dòng)支護(hù)

5.4.1 XV1214 巷道架棚

1）架棚區(qū)段為XV1214 巷內(nèi)從XV2306 切眼南幫開始向南25 m。采用L=4.8m 12 號(hào)工字鋼棚梁，25U 型可伸縮型棚腿（上棚腿長(zhǎng)度為1.34 m，下棚腿長(zhǎng)度為 2.04 m），DW31.5-200/100 型或者DW28-250/100 型液壓?jiǎn)误w柱，岔角值0.5 m。工字鋼棚梁棚距為0.5 m，允許有50 mm 誤差，一共架設(shè)50架，架棚保證1 梁4 柱。

2）盤幫勾頂。背板交錯(cuò)布置，背板間距不大于0.8 m。

3）工字鋼棚梁沿著XV1214 巷巷道東西方向架設(shè)，靠煤柱側(cè)架設(shè)25U 型可伸縮型棚腿，棚腿緊靠煤柱，用背板背牢背實(shí)，棚腿見用拉鉤拉緊?？縓V1307工作面回采側(cè)架設(shè)液壓?jiǎn)误w柱，單體柱架設(shè)在工字鋼卡頭以外，架設(shè)單體柱要求挖柱窩，寬度不小于150 mm，深度不小于300 mm。為保證支護(hù)效果，在工字鋼梁中間使用錨索加槽鋼來固定工字鋼梁。

4）沿著棚梁下面順著巷道南北方向架設(shè)“抬棚”，使用5m 板料配合液壓?jiǎn)误w柱架設(shè)。5 m 板梁架設(shè)在棚梁卡頭以里，并使用錨鏈將同一架棚梁下的液壓?jiǎn)误w柱和板梁固定牢靠，用木楔背緊。

5.4.2 XV2306 切眼打木垛補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)

提前在XV2306 切眼內(nèi)與XV1214 巷交叉口處施工5 根鎖口錨索，間距2 m，在XV2306 切眼內(nèi)施工密集聯(lián)鎖木垛。

5.4.3 XV1307 工作面

通過十字交叉口前后20 m 范圍內(nèi)時(shí)，XV1307工作面支架要全部升緊，確保初撐力達(dá)標(biāo)。

5.5 礦壓觀測(cè)

5.5.1 工作面液壓支架壓力監(jiān)測(cè)

每架安裝1 個(gè)YHY60（B）數(shù)字壓力計(jì)，便于人工觀測(cè)過“十”字交叉巷道期間，頂板周期來壓，尤其是1-20 號(hào)架支架前、后柱工作阻力值達(dá)到35 MPa上下。

5.5.2 巷道原頂板離層監(jiān)測(cè)

XV1214 巷能每30~40 m 安裝1 個(gè)頂板離層儀，淺部及深部離層值均為0~150 mm，過“十”字交叉巷道期間，XV1214 巷內(nèi)接近XV2306 切眼前后2 個(gè)頂板離層儀由原來的10 mm 左右離層在通過時(shí)最大達(dá)105 mm，頂板已處于危險(xiǎn)狀態(tài)，需及時(shí)采取措施。

5.5.3 錨索抗拔力檢測(cè)

錨索抗拔力檢測(cè)儀器使用錨索拉力計(jì)進(jìn)行，現(xiàn)場(chǎng)使用錨索張拉機(jī)TMQ22-520（該型號(hào)退錨、張拉兩用）。按要求每班監(jiān)測(cè)3 根。過“十”字交叉巷道期間，監(jiān)測(cè)錨索拉拔力為出現(xiàn)錨索不合格現(xiàn)象。

5.5.4 單體支柱受力監(jiān)測(cè)

每班監(jiān)測(cè)超前支護(hù)單體柱受力情況，人工持測(cè)柱儀監(jiān)測(cè)，過“十”字交叉巷道期間，單體柱受力明顯增大，均在22 MPa 以上。

5.5.5 人工測(cè)站觀測(cè)

圖4 十字測(cè)站示意圖

XV1214 巷沿空巷段距留巷開始位置每20 m 布置1 個(gè)人工測(cè)站，用于觀測(cè)巷道受采動(dòng)影響的變形情況。具體見圖4。

過“十”字交叉巷道期間，觀測(cè)AO 頂板下沉量達(dá)到最大300 mm，觀測(cè)CO、DO 幫部變形量達(dá)到最大400 mm，觀測(cè)AB 底鼓量達(dá)到最大300 mm。和以往沿空留巷不通過“十”字巷道觀測(cè)數(shù)據(jù)相比，頂板下沉、底板鼓起及幫部變形量明顯增大。

6 結(jié)束語

此次在XV1214 巷沿空留巷，第一次過“十”字巷道提前補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，通過各類礦壓數(shù)據(jù)分析及現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)頂、底板變化，提前計(jì)算制定了主動(dòng)補(bǔ)強(qiáng)錨索、被動(dòng)架設(shè)工字鋼梁加固的支護(hù)方案，采空側(cè)行之有效擋矸支護(hù)，回采過后，頂、幫支護(hù)效果較為完好，為今后類似工作面通過“十”字交叉巷道提供了寶貴的現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)。