汪大鵬

（山西長治羊頭嶺東掌煤業(yè)有限公司，山西 長治 047100）

1 工程地質

山西長治羊頭嶺東掌煤業(yè)有限公司礦井位于長治市長治縣南17km處東掌村，行政區(qū)劃屬長治市長治縣南宋鄉(xiāng)管轄，該礦往北直距長治市29km，直距長治縣城韓店17km。太焦鐵路于井田西側通過，最近的火車站為東田良車站，直距井田17km。交通四通八達，十分便利?，F(xiàn)開采3號煤；南側為高平仁家莊煤礦，已關閉。井田南北長約5.0km，東西寬約2.2km，井田面積 7.7617km2，開采標高：1110～760m。

東掌煤業(yè)有限公司E305工作面所采煤層屬于下二疊統(tǒng)山西組下部的3號煤層，煤層賦存穩(wěn)定，結構較為簡單。煤層平均厚度4.93m，工作面埋深為153～251m，煤層偽頂為黑色泥巖，厚為0.1～1.0m；直接頂為灰黑色泥巖，厚約2.2m；老頂為淺灰色中粒泥巖，厚約15m；直接底為灰黑色泥巖，厚約1.2m；老底為深灰色砂質泥巖，厚約8.85m。E305工作面軌道順槽長1299m，工作面傾斜長155m，工作面東為西掌煤業(yè)采空區(qū)；南為公共煤田，西為采區(qū)皮帶巷，北為E305進風順槽。巷道掘進過程中如遇小窯破壞區(qū)，則對掘進存在較大影響。E305工作面與周邊巷道相對位置關系如圖1所示。

圖1 E305工作面回風順槽位置關系圖

由于煤層傾角較小，E305工作面運輸順槽設計斷面為矩形，巷道凈寬3800mm，凈高2600mm。工作面采用走向長壁放頂煤采煤工藝，采用全部垮落法管理頂板。按回風輔助巷的原設計，巷道支護采用錨網(wǎng)索支護，但由于地質條件變化較大，煤柱尺寸較小，巷道過采空區(qū)支護困難，迫切需要對支護方式和支護參數(shù)進行優(yōu)化。

2 E305工作面回風輔助巷掘進時不利條件分析

山西長治羊頭嶺東掌煤業(yè)有限公司正在掘進E305工作面回風輔助巷，巷道在掘進過程中會遇到采空區(qū)，局部冒頂嚴重，巷道頂板變形量大，圍巖控制困難。通過現(xiàn)場實地考察和跟現(xiàn)場工作人員溝通可知，東掌煤業(yè)E305工作面回風輔助巷掘進時不利條件如下：

1）E305工作面回風輔助巷掘進時要經(jīng)過破壞的采空區(qū)，采空區(qū)面積大，支護困難，出現(xiàn)冒頂現(xiàn)象嚴重。

2）E305工作面回風輔助巷沿著煤層頂板掘進，煤層頂板巖性為黑色泥巖，局部含炭質，厚約2.2m；老頂為淺灰色中粒泥巖。屬于軟弱巖性，加劇了圍巖變形。

3）E305工作面回風輔助巷掘進時要經(jīng)過采空區(qū)，沒有選擇合理的支護方式，臨時支護不及時且錨桿、錨索支護強度不達標。

4）E305工作面回風輔助巷頂板和兩幫錨桿出現(xiàn)網(wǎng)兜現(xiàn)象，頂板錨桿、錨索因為采空區(qū)影響，部分錨固失效。

3 E305工作面回風輔助巷過采空區(qū)段聯(lián)合支護方案

3.1 巷道正常段支護參數(shù)

頂板設置5根錨桿，間距850mm，上下幫各4根錨桿，間距為800mm，錨桿排距800mm。對于過較大范圍的采空區(qū)可縮小錨桿間排距，加強頂板支護，其具體支護參數(shù)為：

頂板使用專用錨桿鋼材，即左旋無縱筋螺紋鋼高強錨桿，桿體的屈服強度≥350MPa，錨桿直徑為Ф20mm，長為2400mm，高強拱形托盤的尺寸為不低于150mm×150mm×10mm，螺母采用強度與桿體相匹配的高強螺母，為減小螺母和托盤之間的摩擦力，提高錨桿預緊力矩轉化為托錨力的轉換系數(shù)，螺母和托盤之間配有減摩墊圈；錨桿鉆孔直徑為28mm，采用2卷Z2360樹脂錨固劑加長錨固，頂板輔助支護采用鋼筋梯子梁配金屬網(wǎng)，鋼筋梯子梁是采用Ф12mm的鋼筋焊接而成，長度為3800mm；金屬網(wǎng)為菱形網(wǎng)，采用8#鉛絲編制而成，網(wǎng)孔40mm×40mm，為保證頂板金屬網(wǎng)與兩幫金屬網(wǎng)能組成一個整體，頂板金屬網(wǎng)尺寸應大于頂板巷道寬度，即4000mm×900mm，其與兩幫金屬網(wǎng)可分別搭接100mm，其與巷道軸向其它相鄰網(wǎng)也可搭接100mm，網(wǎng)網(wǎng)之間采用鐵絲鈕扣聯(lián)結，扣扣相連，每扣鐵絲至少擰3圈以上；錨桿螺母的安裝預緊力矩≥200N·m。

頂板采用高強度低松弛鋼絞線制作的錨索，鋼絞線為7股，直徑為Ф15.24mm，長度6300mm，錨索一排設置一根，排距為800mm，當掘進迎頭空頂范圍夠800mm后，必須立即施工錨索。當頂板破碎時，巷道一排布置兩根錨索，且兩根錨索必須用20號槽鋼梁連接，兩側錨索可向巷道外傾斜10o左右，錨索排距與錨桿相同，但必須與錨桿間隔布置，布置排距為800mm。為防止錨索受力不均，錨索鎖具必須配有調心球墊。錨索采用加長錨固，端頭用3卷Z2360樹脂錨固劑，錨固長度1400mm左右，錨索的錨固端1400mm處可采用電焊焊接一個擋圈，以保證樹脂錨固劑的充分攪拌和錨固。錨索托盤采用18＃槽鋼制作，長400mm，配有150mm×150mm×10mm的鋼墊及鎖具，錨索預緊力≥200kN。

兩幫使用專用錨桿鋼材，即左旋無縱筋螺紋鋼高強錨桿，桿體的屈服強度≥350Mpa，錨桿直徑為Ф20mm，長為2000mm，高強拱形托盤的尺寸為不低于150mm×150mm×10mm，螺母采用強度與桿體相匹配的高強螺母，為減小螺母和托盤之間的摩擦力，提高錨桿預緊力矩轉化為托錨力的轉換系數(shù)，螺母和托盤之間配有減摩墊圈；錨桿鉆孔直徑為28mm，采用2卷Z2360樹脂錨固劑加長錨固，頂板輔助支護采用鋼筋梯子梁配金屬網(wǎng)，鋼筋梯子梁是采用Ф12mm的鋼筋焊接而成，長度為2600mm；金屬網(wǎng)為菱形網(wǎng)，采用8#鉛絲編制而成，網(wǎng)孔40mm×40mm，為保證頂板金屬網(wǎng)與兩幫金屬網(wǎng)能組成一個整體，兩幫金屬網(wǎng)尺寸應大于兩幫巷道高度，即2800mm×900mm，其與頂板金屬網(wǎng)可分別搭接100mm，其與巷道軸向其它相鄰網(wǎng)也可搭接100mm，網(wǎng)網(wǎng)之間采用鐵絲鈕扣聯(lián)結，扣扣相連，每扣鐵絲至少擰3圈以上；錨桿螺母的安裝預緊力矩≥150N·m。E305工作面回風輔助巷錨桿、錨索布置圖如圖2所示。

圖2 E305工作面回風輔助巷錨桿、錨索布置圖

3.2 高冒區(qū)注漿加固

E305工作面回風輔助巷高冒區(qū)采用長2500mm注漿錨桿超前注漿加固，沿著頂板打設，角度為30°，間距為1500mm,每排布置3根。通過對高冒區(qū)域注漿改善頂板破碎情況，使得頂板成整體。

3.3 對于較大范圍的采空區(qū)支護

縮小錨桿間排距，加強頂板支護，巷內錨桿間排距不大于800mm，錨索間排距不大于800mm；在掘進巷道的兩側，需采用空心磚或者料石碹壘砌，并采用水泥砂漿封閉墻體表面，防止漏風。支護全部通過采空區(qū)后，需采用U型鋼棚在巷內進行二次加強支護，實現(xiàn)主動支護與被動支護同時作用，確保采空區(qū)內布置的巷道頂板的穩(wěn)定和安全。U型鋼棚棚距不大于600mm。為保證U型鋼拱頂能夠盡量與巷道頂板接觸緊密。

4 支護效果分析

4.1 測點的布置

為了檢驗東掌煤業(yè)E305工作面回風輔助巷過采空區(qū)圍巖支護效果，在E305工作面回風輔助巷內選擇有代表性的圍巖。運用“十”字布點法布置觀測點[10]，觀測天數(shù)為30d，分別監(jiān)測E305工作面回風輔助巷頂?shù)装逡平亢蛢蓭鸵平俊?/p>

4.2 監(jiān)測結果

圖3為E305工作面回風輔助巷圍巖變形監(jiān)測圖，從圖中可以看出，E305工作面回風輔助巷圍巖變形量在1～18d內巷道圍巖頂?shù)装逡平亢蛢蓭鸵平吭黾用黠@，E305工作面回風輔助巷圍巖在20d后圍巖變形開始趨于穩(wěn)定，頂?shù)装逡平恳笥趦蓭鸵平俊y站1頂?shù)装逡平糠€(wěn)定在280mm，兩幫移近量穩(wěn)定在222mm。測站2頂?shù)装逡平糠€(wěn)定在250mm，兩幫移近量穩(wěn)定在198mm。

表明東掌煤業(yè)E305工作面回風輔助巷過采空區(qū)段聯(lián)合支護方案有效的控制了巷道圍巖的大變形，保證巷道掘進安全快速的通過采空區(qū)。

圖3 E305工作面回風輔助巷圍巖變形監(jiān)測圖

5 結 論

1）針對東掌煤業(yè)E305工作面回風輔助巷過采空區(qū)時巷道圍巖破碎，巷道支護困難的現(xiàn)狀，采用現(xiàn)場調研的方法對工作面圍巖地質情況進行調研和分析，得到必須采用復合支護方式的重要結論；

2）通過分析和總結，針對巷道所經(jīng)過的不同的空巷和空區(qū)情況，提出了“錨網(wǎng)索+高冒區(qū)注漿+U型支架”聯(lián)合支護技術，并在現(xiàn)場進行了工業(yè)性試驗。

3）礦壓監(jiān)測效果表明，E305工作面回風輔助巷圍巖在20d后圍巖變形開始趨于穩(wěn)定，巷道圍巖變形量小，保證E305工作面回風輔助巷過采空區(qū)支護安全。

4）提出的過采空區(qū)和空巷的復合支護方法，能有效控制巷道過空巷和空區(qū)時的圍巖變形量，保證了礦井安全生產(chǎn)，為類似相同條件礦井過采空區(qū)巷道支護起到參考作用。