庞庞塔煤矿深部强烈动压孤岛工作面巷道围岩治理技术

李龙生

摘要：文章针对庞庞塔煤矿深部强烈动压孤岛工作面支护困难的问题，提出了一种新型支护设计方法，通过对这种新型支护设计方法的分析阐述，得出这种支护设计不仅施工工艺简单，能加快掘进速度，而且更安全可靠。

关键词：煤矿深部；强烈动压；孤岛工作面；巷道围岩治理技术；支护设计；护巷煤柱 文献标识码：A

中图分类号：TD325 文章编号：1009-2374（2015）22-0158-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.22.078

庞庞塔煤矿5#煤一采区目前只剩余5-107工作面，由于其工作面上部5-105工作面、下部5-109工作面都已回采完，该工作面为孤岛工作面，根据生产衔接安排，需对5-107工作面进行开采，解放下部的9#煤层开采，确保矿井的采区衔接正常。

1 孤岛工作面护巷煤柱

结合5-107工作面上下两侧的地质资料，预计5-107工作面煤层平均厚度6.2m，煤层倾角20°～24°，正巷底板标高540～550m，盖山厚度为640～700m，副巷底板标高600～620m，盖山厚度为600～680m，两巷均沿底板掘进。

孤岛工作面两侧矿压显现特征是确定护巷煤柱大小的直接依据。根据工作面开采后采空区顶板上覆岩层结构特征，建立急倾斜孤岛工作面上下采空区两侧上覆岩层结构力学模型。得出以下结论：

第一，孤岛工作面上下两侧工作面采空后，沿工作面倾斜方向，即沿煤层倾向，孤岛工作面上下端头两侧都形成了悬空的悬臂梁结构，上端头形成的悬臂梁深入实体煤层的深度大于下端头形成的悬臂梁深入实体煤层的深度，其上端头形成的悬臂梁长度大于下端头形成的悬臂梁长度。

第二，孤岛工作面上侧侧向支承压力峰值应力小于下侧侧向支承压力峰值应力，但上侧支承压力峰值应力集中程度却大于下侧支承压力峰值应力集中程度，孤岛工作面上侧侧向支承压力活动的范围大于下侧侧向支承压力活动的范围。

根据急倾斜煤层孤岛面两侧岩层矿压显现规律，利用数值计算的方法确定护巷煤柱宽度。

第三，孤岛面下侧面开采后侧向支承压力影响区域大致76m，距采空区的边缘6m位置，达到峰值应力为29.32MPa，应力集中系数为1.82；孤岛面上侧105工作面回采后侧向支承压力影响区域大致99m，距采空区的边缘7m

位置，达到峰值应力为25.98MPa，应力集中系数为1.86。

第四，孤岛工作面上下两侧侧向支承压力达到峰值应力后开始逐渐衰减，但下侧衰减的程度要大于上侧。

第五，孤岛面下端头煤柱宽度选取20m或25m，上端头煤柱宽度选取30m或35m，上下两侧应力数值大小相当。

根据数值计算结论，结合孤岛工作面两侧围岩的矿压显现规律，根据煤柱宽度选取原则，既要保证护巷煤柱及回采巷道的稳定，同时也要节约煤炭资源提高采区回采率，确定5-1071与109工作面的净煤柱宽度选取25m，与105工作面的护巷净煤柱宽度选取30m。

2 孤岛面顺槽支护设计

支护设计。5-1072巷断面设计矩形断面，掘进毛宽4.5m、毛高3.4m，掘进断面15.3m2。

2.1 顶板支护

锚杆形式和规格：杆体为22#左旋无纵筋螺纹钢筋，长度2.4m，钢材屈服强度为500MPa，杆尾螺纹为M24，螺纹长度150mm，配高强度螺母。

锚固方式：树脂加长锚固，采用两支低粘度锚固剂，一支规格为K2335，另一支规格为Z2360。钻孔直径为30mm，锚固长度为1200mm。

托板：采用拱型高强度托盘，规格为150×150×10（8）mm，拱高不低于34mm，配调心球垫和减摩垫圈。

锚杆角度：沿顶板法线方向。

W钢带规格：厚度4mm，宽280mm，长度4300mm，孔间距为1000mm。

网片规格：采用8#铁丝编织的菱形金属网护顶，网孔规格为50×50mm，网片规格为4700×1000mm。

锚杆布置：锚杆排距900mm，每排5根锚杆，间距1000mm。

锚杆预紧扭矩：不低于400N·m。

锚索形式和规格：锚索材料为21.8mm，119股高强度低松弛预应力钢绞线，长度5.3m，钻孔直径为30mm，树脂加长锚固，采用一支K2335和两支Z2360树脂锚固剂，锚固长度2000mm。

锚索布置：采用每排两根布置，排距1800mm。锚索安装在两排锚杆间顶板中部。用300×300×16（14）mm拱形高强锚索托板，配调心球垫。

锚索张拉预紧力：200～250kN。

2.2 巷帮支护

锚杆形式和规格：杆体为22#左旋无纵筋螺纹钢筋，钢材屈服强度为500MPa，长度2.4m，杆尾螺纹为M24，螺纹长度150mm，配高强度螺母。

锚固方式：树脂端部锚固，采用一支低粘度锚固剂，规格为Z2360。钻孔直径为30mm，锚固长度为760mm。

托板：采用拱型高强度托盘，规格为150×150×10（8）mm，拱高不低于34mm，配调心球垫和减摩垫圈。

锚杆角度：锚杆垂直巷帮。

W钢护板规格：厚度4mm，宽度280mm，长度450mm。

网片规格：采用4.5mm钢筋焊接网护帮，网孔规格为60×60mm，网片规格为3300×1000mm。

锚杆布置：锚杆排距900mm，每排每帮4根锚杆，间距900mm。

锚杆预紧扭矩：不低于400N·m。

锚索形式和规格：锚索材料为21.8mm，119股高强度低松弛预应力钢绞线，长度4.3m，钻孔直径为30mm，树脂加长锚固，采用一支K2335和两支Z2360树脂药卷锚固，锚固长度2000mm。

锚索布置：煤柱侧帮采用每排2根布置，排距1800mm。锚索安装在两排锚杆中间。用300×300×16（14）mm拱形高强锚索托板，配调心球垫。

锚索张拉预紧力：200～250kN。

3 巷道表面位移监测情况

巷道表面位移监测采用十字布点法，监测内容主要包括顶底板，两帮相对移近量及顶板下沉量。

随着巷道的掘进，巷道内累计布置5个测点，分别记为1#、2#、3#、4#、5#。1#测点布置在距巷口300m处，2#测点布置在距巷口350m处，3#测点布置在距巷口380m处，4#测点布置在距巷口410m处，5#测点布置在距巷口500m处。

观测期间内，1#测点两帮移近量最大为45mm，2#测点两帮移近量最大为30mm，3#测点两帮移近量最大为100mm，4#测点两帮移近量最大为0mm，5#测点两帮移近量最大为0mm。5个测点顶底板都没有移近量。分析数据可知，两帮发生变形的时间主要是在巷道开掘之后50m范围内，之后两帮就处于比较稳定的状态，两帮的相对移近量不再增加。从两帮和顶底板变形来看，两帮最大移近量100mm，巷道表面位移较小，但两帮局部较破碎，成型较差，应密切监测。

掘进巷道时遇见断层，通过表面位移观测数据，整条巷道正常地段帮部表面位移在100mm左右，过断层段表面位移量受断层影响较为严重，两帮回缩量在300mm左右，帮部回缩主要在沿掘进方向的右手帮侧。

4 结语

第一，新型支护设计不再采用钢筋托梁，简化了施工工艺，优选施工机具，提高了掘进速度，在成形不佳、矿压显现强烈的情况下，实现了较快的掘进速度，有效缓解了矿井采掘接续紧张的局面。

第二，从矿压监测结果来看，除断层地段，巷道顶板离层和表面位移都较小，最大两帮变形量为100mm，在断层巷段最大也在300mm左右，锚杆锚索支护能较好地约束围岩。同时锚杆锚索的预应力水平设置也较为合理，锚杆锚索受力均有较大增加，但巷道围岩变形很小。

第三，大部分巷道施工质量较好，锚杆锚索角度、预紧力等指标能较好地达到，但局部联网未能做到孔孔相联，锚索张拉机具初期未能达到技术要求。

参考文献

[1] 陈登红，华心祝，李英明.复杂条件下回采巷道围岩控制综合技术[J].煤炭科学技术，2010，（12）.

[2] 杨双锁.煤矿回采巷道围岩控制理论探讨[J].煤炭学报，2010，（11）.

[3] 华心祝，马俊枫，许庭教.锚杆支护巷道巷旁锚索加强支护沿空留巷围岩控制机理研究及应用[J].岩石力学与工程学报，2005，（12）.

（责任编辑：蒋建华）