大倾角三软煤层综采工作面顺槽支护技术

裴保强

1 矿井概况

文明煤矿隶属山西焦煤集团霍州煤电汾源煤业有限公司,位于静乐县境内,距山西省静乐县县城30 km,井田内沟谷均为季节性水流,平时无水,而雨季时有洪水。井田主要可采煤层为2号,3号,5号煤层,煤矿床以顶板砂岩裂隙含水层充水为主,根据抽水试验资料,主要充水层富水性弱,井田内构造简单。

2号煤层为井田内主要可采煤层,赋存于太原组顶部,上距K3砂岩3 m～5 m,下距 L3石灰岩30 m～50 m。煤厚2.35 m～4.40 m,平均3.30 m,属中厚煤层,煤层倾角30°～ 35°,结构简单,不含夹矸,全井田可采,顶板为泥岩及砂质泥岩,底板为砂质泥岩或泥岩。煤层强度极低,属于典型的松软围岩,巷道处于其中,不可避免的要发生较大的位移变形,将给巷道支护带来较大的难度。

2 顺槽锚杆支护设计

顺槽以巷道断面尺寸4.5 m×2.8 m,通过不同支护方案围岩控制效果的对比分析确定各支护参数,主要从以下4个方面进行分析:1)比较顶锚杆间距;2)比较顶锚杆长度;3)比较锚索数量;4)比较锚杆排距。

2.1 顶锚杆间距对顺槽支护效果的影响

试验方案如下:1)顶板锚杆间距为1 100 mm,5根锚杆,其他参数相同。2)顶板锚杆间距为900 mm,6根锚杆,其他参数相同。3)顶板锚杆间距为800 mm,7根锚杆,其他参数相同。4)顶板锚杆间距为700 mm,8根锚杆,其他参数相同。

表1 围岩位移量统计表(一) mm

由表1可知,随着顶锚杆间距的减小,巷道围岩的位移量在不断减小,尤其是顶板下沉量对顶锚杆间距的改变较为敏感。当顶锚杆间距从900 mm变化到800 mm时,顶板下沉量的减小幅度较大,但当顶锚杆间距从800 mm变化到700 mm时,顶板下沉量变化已不明显。因此从保证顶板支护质量和减少支护材料消耗以及提高掘进速度的角度考虑,将顶锚杆间距确定为800 mm。

2.2 顶锚杆长度对顺槽支护效果的影响

试验方案如下:1)顶锚杆长度2.0 m,其他参数相同。2)顶锚杆长度2.2 m,其他参数相同。3)顶锚杆长度2.4 m,其他参数相同。4)顶锚杆长度2.6 m,其他参数相同。

由表2可知,随着锚杆长度的增长,巷道顶板的下沉量显著减小,尤其是当锚杆长度从2.0 m变化为2.2 m过程中变化幅度较大。巷道两帮和底板对顶锚杆长度的增加,反应不敏感。因此从巷道支护的可靠性、经济性角度综合考虑,选择顶锚杆长度为2.2m。

表2 围岩位移量统计表(二) mm

2.3 锚索根数对顺槽支护效果的影响

试验方案如下:

1)0根锚索,其他参数相同。2)1根锚索,其他参数相同。3)2根锚索,其他参数相同。4)3根锚索,其他参数相同。

表3 围岩位移量统计表(三) mm

由表3可知,随着顶板锚索根数的增多,巷道顶板的位移量快速减小,说明顶板锚索对于控制顶板的稳定性至关重要,同时顶板锚索对两帮的稳定性也有一定的控制作用。当锚索根数从2根变为3根时,巷道围岩位移量趋缓。同时考虑到支护成本的经济性和满足一定的掘进速度,确定巷道顶板同排布置2根锚索。

2.4 锚杆排距对顺槽支护效果的影响

试验方案如下:1)锚杆排距1 000 mm,其他参数相同。2)锚杆排距900 mm,其他参数相同。3)锚杆排距 800 mm,其他参数相同。4)锚杆排距700 mm,其他参数相同。

表4 围岩位移量统计表(四) mm

由表4可知,随着锚杆排距的减小,巷道围岩的位移量除去底鼓量无明显变化外,总体是减小的。锚杆排距从1 000 mm变到800 mm时两帮和顶板位移量都有较大幅度的减小,而锚杆排距从800mm变到700mm时巷道围岩位移量却没有明显的改变,因此确定选择锚杆排距为800 mm。

3 支护方案确定

顶锚杆间距为800 mm;顶锚杆长度为2.2 m;高帮锚杆间距为800 mm;高帮锚杆长度为2.2 m;低帮锚杆长度为2.0 m;巷道顶板与高帮选用直径为22mm的锚杆,巷道低帮选用直径为20mm的锚杆;巷道顶板同排布置2根锚索;锚杆排距为800 mm。

4 结语

通过文明矿2-101综采工作面两顺槽上述支护方式的应用,支护能够满足要求,效果良好,确保了矿井安全生产的正常进行,并为下一步支护设计的优化提供了重要的参考依据。构造期间的支护,还需视现场情况予以确定。