西铭矿12513工作面皮带顺槽支护技术

李志海

（西山煤电股份有限公司西铭矿，山西 太原 030052）

·技术经验·

西铭矿12513工作面皮带顺槽支护技术

李志海

（西山煤电股份有限公司西铭矿，山西 太原 030052）

以西铭矿南五采区12513工作面皮带巷为工程背景，提出了下部煤层巷道同向内错布置方式，并分析了其优势。在地质力学测试分析基础上，根据预应力锚杆支护设计原则，给出了合理的支护参数，并通过长期矿压观测，验证了其合理性，研究成果为类似工作面支护提供了参考。

同向内错；地质力学分析；锚杆支护；矿压观测

1 工程地质概况

西山煤电股份公司西铭矿现主要开采02#、2#、8#煤层，12513工作面主要开采2#煤层，平均厚度2．11 m，其上部的02#煤平均厚度2．31 m，煤层结构简单。2#煤层倾角为1°～10°，平均4°，老顶为中粒砂岩，厚度在3．1 m左右，灰白色，致密坚硬，成分以石英为主，下部缓波状层理发育，顶面局部发育1层厚0．3 m的砂质泥岩；直接顶为粉砂质泥岩，厚度为0．8～3．75 m，平均厚度为2．65 m，灰色或灰白色，水平层理发育；直接底为粉砂岩，厚度为0．65～1．35 m，灰黑色，块状结构，含植物根茎化石；老底为粗粒砂岩，平均厚度为7．85 m，灰白色，粗粒，成分以石英、长石为主，局部含燧石和煤粒，上细下粗。

工作面地质构造简单，预计巷道掘进正常涌水量3 m3／h，最大涌水量25 m3／h。工作面绝对瓦斯涌出量为10．5 m3／min，相对瓦斯涌出量为2．64 m3／t。

周边开采情况：02#煤中与12513工作面位置上下对应的10513工作面2012年开始回采，现已回采完毕，工作面上部岩层仍处于运动期间，对下部2#煤掘进支护有影响，特别是临近其煤柱附近掘进巷道影响很大。12513工作面皮带巷与其相邻工作面回采完毕，皮带巷布置位置距相邻工作面采空区间隔27 m，相邻工作面开采引起的上覆岩层持续活动对其掘巷有一定影响。

2 下部煤层巷道同向内错布置

近距煤层采用分层逐层开采，上部煤层开采完毕后，下部煤层巷道布置通常有3种方式，见图1。

图1 反向内错布置方式示意图

1）重叠布置。2）外错布置。3）内错布置。而煤矿生产实践中，基于矿压理论多采用内错方式。实际上，内错布置下部煤层巷道都是相对上部煤层同一工作面方位布置的。两条顺槽相向布置在同一工作面采空区下方，见图1。该种布置方式的优点是下部煤层巷道位于上部煤层采空区下方，处于应力降低区，围岩受力小，巷道易于维护；缺点是相邻工作面煤柱留设大，煤炭资源损失大［1-2］。假如把下部煤层工作面两条顺槽内错到上部煤层两个不同工作面采空区下方，即两条顺槽沿相同的方向内错，见图2。

图2 同向内错布置方式示意图

通过改变两顺槽内错布置方位，采用同向布置方式，解决了反向内错存在的弊端，而且巷道方位灵活性更大，优势更加显著，具体表现在：

1）相向布置把下部煤层两条顺槽布置在上部煤层两个不同采空区下方，两条顺槽都位于低应力区，降低巷道开挖支护难度，易于维护。

2）下部煤层工作面间煤柱留设不受上部煤层开采的制约，解放了下部煤层开采合理部署，避免了因煤柱留设过大造成的煤炭损失。

3）下部煤层巷道内错距大小更加灵活，可以采取较大的错距避开上部煤层残留煤柱集中应力传递和扩散对其的影响。

4）下部煤层开采煤柱留设可大大缩小其宽度，甚至可以采用留设窄煤柱护巷的方式，能提高煤炭回收率，实现煤炭资源的合理可持续开采。

因此，12513工作面顺槽采用同向内错布置方式。

3 试验巷道地质力学测试评估

为给巷道设计提供理论依据，在南五采区2#煤层布置了地质力学测试测点，对试验巷道进行地质评估，具体位置见图3。

图3 测站位置布置示意图

主要采用顶板钻孔窥视对顶板结构进行分析，对不同深度顶板围岩强度进行测量，采用小孔径水压致裂法对地应力进行了现场实测。

综合以上测试分析结果，对试验巷道地质状况评估如下：

1）巷道围岩结构分析表明，试验巷道皮带巷顶板岩层结构完整，影响顶板离层的裂隙、层理等弱构造面不发育，非常有利顶板稳定。

2）巷道围岩强度分析同样表明，围岩结构与围岩强度具有高度吻合性，围岩强度受到围岩结构影响显著，总体而言，试验巷道皮带巷围岩强度波动范围小，稳定性良好，巷道开掘支护影响小。

3）2#煤层属于中等偏下松软煤层，试验巷道皮带巷开掘过程可能出现片帮问题，需要加强两煤帮的支护强度。

4）地应力分析表明，地应力大小对巷道围岩稳定影响程度很小，而试验巷道皮带巷沿最佳方位布置，非常有利于巷道稳定。

总之，内在因素对巷道稳定影响小，只要支护形式与参数选择合理，预应力水平设置得当，能够确保巷道稳定。

4 工作面皮带顺槽支护设计

4．1 巷道支护设计原则［3-6］

1）一次支护原则：锚杆支护应尽量一次支护就能有效控制围岩变形，避免二次或多次支护。2）高预应力和预应力扩散原则：预应力是锚杆支护中的关键因素，是区别锚杆支护为被动支护或主动支护的参数，只有高预应力的锚杆支护才是真正的主动支护，才能充分发挥锚杆支护的作用。3）“三高一低”原则：即高强度、高刚度、高可靠性与低支护密度原则。4）相互匹配原则：锚杆各构件，包括托板、螺母、钢带等的参数与力学性能应相互匹配，锚杆与锚索的参数与力学性能应相互匹配，以最大限度地发挥锚杆支护的整体支护作用。

4．2 支护参数

考虑到现场生产需求，巷道采用树脂全长锚固锚杆锚索组合支护系统。设计南五采区12513工作面皮带顺槽掘进断面形状为矩形，尺寸：宽4．2 m，高2．5 m。

1）顶板支护：锚杆杆体为20#左旋无纵筋螺纹钢筋，长度2．0 m，杆尾螺纹为M22，螺纹长度不小于100 mm；采用1支规格为CK2380和1支规格为K2360锚固剂加长锚固；W钢带护顶，钢带规格：厚度3 mm，宽280 mm，长度3 800mm；锚杆垂直顶板打设；护顶铁丝网网孔规格50 mm×50 mm，网片规格4 400 mm×1 000 mm；锚杆排距1 000 mm，每排5根锚杆，间距900 mm，其预紧力矩≥300 N·m。同时每3 000mm打2根锚索，锚索间距1 800mm，垂直顶板岩层，锚索材料为d17．8 mm，1×7股高强度低松弛预应力钢绞线，长度5 300 mm，采用300 mm×300 mm×16mm高强度可调心托板，采用1支CK2380和2支K2360低黏度树脂药卷锚固，锚索预紧力不低于150 kN。

2）两帮支护：锚杆杆体为20#左旋无纵筋螺纹钢筋，长度2．0 m，杆尾螺纹为M22，螺纹长度不小于100 mm。锚杆排距1 000 mm，每排每帮2根锚杆，间距1 000 mm；1支规格为K2360锚固剂加长锚固；W钢带护板护帮，钢带厚度3 mm，宽280 mm，长度400 mm；托盘采用拱型高强度托盘，规格为130 mm×130 mm×10 mm，承载能力不低于180 kN；采用菱形金属网护帮，网孔规格50 mm×50 mm，网片规格1 800 mm×1 000 mm，锚杆垂直巷帮打设，锚杆预紧力矩≥300 N·m。

4．3 矿压观测分析

通过1#测站的监测数据可以发现，巷道两帮的最大变形量为42 mm，顶底板的变形量为80 mm。由于底板浮煤的影响，使得底板鼓起量的测量会产生较大的误差，就顶板的下沉量而言，巷道的顶板最大下沉量为22 mm，两个测量断面的平均下沉量为19 mm。而且从总体来看，巷道的变形量主要集中在掘进工作面50 m范围内，超过此范围，巷道的变形量趋于稳定。

1#测站断面巷道位移量示意图见图4。

图4 1#测站断面巷道位移量示意图

5 结 论

通过对同向内错型巷道布置方式的优势分析，并经过长期的矿压观测，验证了其合理性，得出南五采区12513皮带巷运用此巷道布置方式是完全满足要求的，可为类似工作面支护提供参考。

［1］ 陈炎光，陆士良，徐永圻．中国煤矿巷道围岩控制［M］．徐州：中国矿业大学出版社，1994：18-27．

［2］ 杜计平，苏景春．煤矿深井开采的矿压显现及控制［M］．徐州：中国矿业大学出版社，2000：4．

［3］ 康洪普，王金华．煤巷锚杆支护理论与成套技术［M］．北京：煤炭工业出版社，2007：36-70．

［4］ 赵一鸣，张 农，阚甲广，等．深井松散煤巷超高强预应力组合锚杆支护技术［J］．西安科技大学学报，2008，28（2）：222-225．

［5］ 张 农，高明仕．煤巷高强预应力锚杆支护技术与应用［J］．中国矿业大学学报，2004（9）：524-527．

［6］ 侯朝炯，郭励生，勾攀峰．煤巷锚杆支护［M］．徐州：中国矿业大学出版社，1999：9-20．

Belt Transportation Roadway Supporting Technology of 12513 Mining Face in Ximing Coal Mine

Li Zhi-hai

Takes 12513 mining face belt roadway of south fifth mining area in Ximing coal mine as the engineering background，puts forward inward staggered arrangement in same side in the lower coal seam roadway，and analyzes their advantages．Based on the analysis of geological mechanics test，according to the principle of prestressed bolting support design，the reasonable support parameters are given，and through the mine pressure observation for a long time，its rationality is verified．The research result provides reference for the similar working face support．

Inward staggered arrangement in same side；Geological mechanics analysis；Bolt support；Mine pressure observation

TD353

B

1672-0652（2013）10-0038-03

2013-07-17

李志海（1968—），男，山西交城人，1990年毕业于大同大学，工程师，主要从事煤矿安全生产管理工作（E-mail）sxtyask＠126．com