趙上策ZHAO Shang-ce

（冀中能源集團(tuán)邯鄲礦業(yè)集團(tuán)有限公司，邯鄲056000）

1 概況

云駕嶺礦于2021 年開始開采下組煤19101 工作面，計(jì)劃對8#和9#煤進(jìn)行聯(lián)合開采。而根據(jù)19101 工作面兩巷掘進(jìn)期間揭煤情況，工作面不具備聯(lián)合開采條件，從而調(diào)整為開采9#煤層。因工作面兩巷掘進(jìn)期間沿8#煤頂板進(jìn)行，回采時(shí)兩巷高度在5～7 米，現(xiàn)有的液壓點(diǎn)柱支護(hù)方式已無法滿足要求，進(jìn)而提出采用主動式超前支護(hù)（高預(yù)應(yīng)力錨索）代替?zhèn)鹘y(tǒng)支護(hù)的方案[2]。

2 礦壓分析和支護(hù)設(shè)計(jì)

2.1 現(xiàn)場概況

2.1.1 工作面位置及四鄰關(guān)系

19101 工作面為井田下組煤九一采區(qū)的首采工作面，工作面東部以19101 工作面運(yùn)巷為界，西部以19101 工作面副巷為界，南部以設(shè)計(jì)切眼為界，北部以設(shè)計(jì)停采線為界。工作面運(yùn)、副巷走向均長300 米，切眼斜長70 米。

2.1.2 煤層頂板巖性

8#煤層直接頂板為石灰?guī)r。石灰?guī)r厚4.85～6.07 米，平均5.46 米，深灰色，致密堅(jiān)硬，不易垮落。

9#煤層直接頂板為粉砂巖、泥巖或巖漿巖。粉砂巖、泥巖厚0.80～1.66 米，平均1.23 米，局部被巖漿巖吞噬。

2.2 頂板巖性探測

2.2.1 觀測方法和測站布置

為獲得19101 運(yùn)、副巷8#煤頂板巖層裂隙發(fā)育特征，于19101 工作面運(yùn)巷、副巷內(nèi)距19101 工作面切眼30 米、80 米、130 米、180 米和230 米處各布置5 個(gè)測站進(jìn)行鉆孔探測。每個(gè)測站設(shè)計(jì)1 個(gè)測孔，測孔布置在巷道頂板中部，測孔設(shè)計(jì)孔深8 米，直徑32mm。采用鉆孔攝像法將礦用鉆孔成像儀直接送入測孔中進(jìn)行觀測，直觀地反映鉆孔內(nèi)巖體不連續(xù)面（如層理、節(jié)理、裂隙）、頂板離層情況，為支護(hù)設(shè)計(jì)提供依據(jù)。鉆孔探測布置如圖1、圖2 所示。

圖1 19101 工作面鉆孔探測測站布置圖

圖2 鉆孔布置示意圖

2.2.2 探測情況

根據(jù)各測站頂板巖性探測結(jié)果，以19101 工作面運(yùn)巷Ⅰ測站處頂板探測成果為例。Ⅰ測站位于19101 工作面運(yùn)巷內(nèi)，距工作面切眼30 米，頂板巖層裂隙發(fā)育情況如圖3、圖4 所示。

圖3 Ⅰ測站鉆孔頂板巖層裂隙分布

圖4 Ⅰ測站鉆孔頂板巖層柱狀圖

由頂板巖性探測情況可看出，頂板巖層賦存比較穩(wěn)定，無明顯破碎或離層區(qū)域，具備主動支護(hù)。

2.3 制定支護(hù)技術(shù)方案

①基于受力平衡關(guān)系，且不考慮巖塊之間的鉸接關(guān)系，建立圍巖變形預(yù)計(jì)模型[4]如圖5 所示，分析回采巷現(xiàn)有支護(hù)情況。②制定回采巷道主動式超前支護(hù)技術(shù)方案。運(yùn)巷支護(hù)方案：主動式超前支護(hù)錨索采用Φ21.8×L=7250mm高強(qiáng)度錨索進(jìn)行加固[1][5]，每排兩根，間排距為1650×4000mm，垂直頂板施工，配合2.75×320×2600mmW 型鋼帶使用；每根錨索采用3 根MSK2360 樹脂錨固劑進(jìn)行錨固，錨索預(yù)緊力不低于230kN。

圖5 圍巖變形預(yù)計(jì)模型圖

19101 運(yùn)巷主動式超前支護(hù)斷面圖如圖6 所示。

圖6 19101 運(yùn)巷超前支護(hù)斷面圖

副巷支護(hù)方案：主動式超前支護(hù)錨索采用Φ21.8×L=7250mm 高強(qiáng)度錨索進(jìn)行加固[1][5]，每排兩根，間排距2200×4000mm，垂直頂板施工，配合2.75×320×2600mmW 型鋼帶使用；每根錨索采用3 根MSK2360 樹脂錨固劑進(jìn)行錨固，錨索預(yù)緊力不低于230kN。

19101 副巷錨索超前支護(hù)斷面圖如圖7 所示。

圖7 19101 副巷超前支護(hù)斷面圖

兩巷設(shè)計(jì)主動式超前支護(hù)長度為50 米。

2.4 主動式超前支護(hù)強(qiáng)度校核

19101 工作面回采巷道均沿8#煤頂板掘進(jìn)，兩巷所受覆巖載荷均來自平均厚度為5.46 米的大青灰?guī)r與平均厚度為3.40 米的粉砂巖。依照下列公式進(jìn)行強(qiáng)度校核[3]：

式中，q 為19101 巷道所受均布載荷；k 為采動影響系數(shù)，取5.6；H 為開采高度，取H=2.8m；ρ1為大青灰?guī)r容重，取ρ1=2610kg/m3；H1為大青灰?guī)r平均厚度，取H1=5.46m；ρ2為粉砂巖容重，取ρ2=2500kg/m3；H2為粉砂巖厚度，取H2=3.40m；g 為重力加速度，取g=9.8N/kg；經(jīng)校核，采取高預(yù)應(yīng)力錨索補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)后的支護(hù)強(qiáng)度能達(dá)到19101 運(yùn)巷、副巷所需支護(hù)強(qiáng)度。

2.5 進(jìn)行主動式超前支護(hù)方案礦壓觀測

①礦壓觀測。為了獲得19101 工作面巷道礦壓顯現(xiàn)規(guī)律，巷道變形、錨索受力特征及松動圈發(fā)育規(guī)，分析主動式超前支護(hù)巷道的支護(hù)狀態(tài)、質(zhì)量、強(qiáng)度，在兩巷各布置了5組觀測站，每組測站包括2 個(gè)錨索應(yīng)力計(jì)、1 個(gè)頂板離層儀、1 組“+”字變形觀測點(diǎn)、1 個(gè)窺視孔[6]。②觀測結(jié)果。19101 工作面設(shè)計(jì)回采長度238.5 米，在回采過程中通過對測站觀測數(shù)據(jù)、主動式超前支護(hù)段巷道和工作面現(xiàn)場情況分析，主動式超前支護(hù)技術(shù)應(yīng)用情況良好。（表1、表2）

表1 19101 工作面運(yùn)頂板離層儀監(jiān)測記錄

表2 2021 年08 月15 日19101 工作面礦壓監(jiān)測數(shù)據(jù)

圖8 礦壓觀測站

3 施工效果

3.1 經(jīng)濟(jì)效益 采用常規(guī)液壓點(diǎn)柱支護(hù)時(shí)，每米巷道消耗木材（背頂）費(fèi)用約1860 元。19101 工作面需進(jìn)行超前支護(hù)巷道約600 米，自工作面開始回采至結(jié)束支出耗搪材費(fèi)用600 米×1860 元/米=111.6 萬元。工作面共生產(chǎn)3.5個(gè)月，開采過程中打設(shè)點(diǎn)柱、背頂?shù)裙ば蛐枞斯? 人/天，人工費(fèi)用：260 元/人/天×6 人×105 天≈16.4 萬元。采用主動式超前支護(hù)時(shí)，實(shí)施課題共發(fā)生科研費(fèi)用45 萬元，支護(hù)材料費(fèi)用3.9 萬元，人工費(fèi)用9.8 萬元。通過本方案的實(shí)施，19101 工作面實(shí)現(xiàn)了無柱超前支護(hù)，節(jié)省費(fèi)用：（111.6萬元+16.4 萬元）-（45 萬元+3.9 萬元+9.8 萬元）=69.3 萬元。

3.2 社會效益 通過本課題的實(shí)施，解決了19101 工作面超前支護(hù)問題，簡化了支護(hù)工藝，提高了支護(hù)效率，為工作面快速推采創(chuàng)造了條件。工作面生產(chǎn)期間，創(chuàng)造了月推采108 米的佳績。

4 結(jié)束語

主動式超前支護(hù)工藝已經(jīng)在皖北礦區(qū)、山東、山西、河南等省份50 多對礦井中進(jìn)行了應(yīng)用，河北省內(nèi)屬首次應(yīng)用。該支護(hù)工藝的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了厚、中厚、薄煤層及沿空留（掘）巷、雙巷布置等生產(chǎn)地質(zhì)條件下的長壁采煤工作面兩巷主動式超前支護(hù)，對實(shí)現(xiàn)超前支護(hù)無人化、工作面開采智能化具有重大價(jià)值和意義，應(yīng)用前景廣闊。