某矿2408工作面沿空留巷支护方案设计

2018-11-20刘志坚

现代矿业 2018年10期

刘志坚

(山西汾西矿业集团公司)

某矿2408工作面标高为376～456 m，工作面回采长度为1 500 m，工作面倾斜长度为260 m，煤层厚度为3.5～4.3 m，平均厚度为4.12 m，开采煤层有益厚度为4.07 m，煤层倾角为4°。该工作面煤层直接顶为灰黑色泥岩，平均厚度为5.6 m；老顶为灰色中砂岩，平均厚度为4.5 m；煤层直接底为中砂岩，灰色中砂岩，平均厚度为1 m；老底为黑色粉砂岩，平均厚度为1.58 m。为确保该工作面安全开采，本研究对该工作面沿空留巷支护方案进行设计与应用。

1 2408工作面沿空留巷胶带巷支护设计

1.1 支护设计参数

1.1.1 原顺槽支护形式及支护参数

原顺槽断面为矩形，宽4.6 m，高3.9 m。

(1)顶板锚杆(索)支护形式及支护参数。顶锚杆规格为φ22 mm×2 400 mm螺纹钢锚杆，间排距为800 mm×800 mm；锚杆初锚力大于20 kN，锚固力大于60 kN，扭矩大于200 N·m。锚固剂为MSCK2455树脂药卷，选用2卷，为加长锚固。护顶金属网采用菱形金属网，网孔规格为50 mm×50 mm，长边搭接0.1 m，每隔0.2 m用14#铁丝系1扣，每扣扭结不得少于3圈。护顶钢带采用“W”型钢带，长度为4 400 mm，宽度为250 mm，厚度为5 mm。锚杆托盘采用120 mm×120 mm×10 mm正方形碗状钢板托盘[1-3]。顶锚索规格为φ21.8 mm×6 300 mm，预紧力不宜低于80 kN，锚固力不宜低于200 kN，间排距为1 600 mm×1 600 mm。顶帮锚索锚固段锚固剂采用3卷MSCK2455型树脂药卷。

(2)煤帮锚杆支护形式及支护参数。帮锚杆规格为φ20 mm×2 000 mm螺纹钢锚杆，间排距为800 mm×800 mm；锚杆初锚力大于10 kN，锚固力大于30 kN，扭矩大于200 N·m。护帮采用长为10 mm，宽为1 mm的聚丙烯双抗网，双向抗拉网长、短边均搭接0.1 m，每隔0.2 m用14#铁丝系1扣，每扣扭结不得少于3圈。护帮采用长为2.7 m的四眼圆钢钢带配合帮侧锚杆打注。帮锚杆托盘采用120 mm×120 mm×10 mm正方形碗状钢板托盘。帮锚杆的锚固剂采用1卷MSCK2455型树脂药卷为端头锚固。原顺槽支护形式如图1所示。

图1 2408工作面原顺槽支护断面(单位：mm)

1.1.2 沿空留巷加强支护形式

沿空留巷帮部原先的支护形式在回采过程中受到了动压影响，煤帮出现了一定范围的塑性区，需要对巷道帮部进行加强支护，留帮侧加强支护的锚索规格为φ17.8 mm×4 300 mm，间排距为800 mm×1 600 mm巷道帮部支护方式如图2所示。

图2 2408胶带巷加强支护断面(单位：mm)

在沿空留巷过程中由于老顶关键层的回转、下沉会导致顶板发生离层和下沉，影响巷道的稳定性。巷内顶板采用锚索梁结构的加固方式进行处理，已经加固的部位不再加固[4-6]。顶板加强支护选用型号为T140桁架钢带(长度为4 000 mm)，锚索规格为φ21.8 mm×6 300 mm，间排距为1 600 mm×800 mm。巷道顶部锚索布置方式如图3所示。

图3 2408胶带巷顶板加强支护示意(单位：mm)

1.1.3 隔离墙及其结构件的布置方式及参数

沿空留巷隔离墙布置于巷内，墙厚1 000 mm，高4 000 mm，高度随着工作面的移动随时调整，隔离墙紧贴采煤面布置，留巷宽度为3 600 mm。沿空留巷隔离墙布置方式见图4。

图4 23208胶带巷隔离墙布置示意(单位：mm)

隔离墙构件几何参数及布置方式：①铰链网，规格为RJF40-7×10，长10 m，宽8 m，施工时提前铺设于支架上，隔离墙巷内外包1 m；②锚柱，型号为DM108-30/42，最大高度为4.2 m，最小高度为3.3 m，可伸长1.2 m，排距333 mm，即1 m 布置3个，最大高度为4.2 m；③菱形网，网孔规格为40 mm×40 mm，锚柱侧满铺；④模袋，型号为HT-TJD2-11H43，长2 m、宽1.1 m、高4.3 m，2 m布置1个；⑤网孔模板，型号为TMB2×2，网孔规格为100 mm×100 mm，采用φ6.5 mm圆钢冷拉焊接加工而成，模板规格为1 800 mm×1 500 mm(长×宽)，单体柱侧满铺；⑥木板梁，规格为2 000 mm×150 mm×10 mm(长×宽×高)，间距为500 mm，巷内布置；⑦单体柱，型号为DW45-300/110X，间距为500 mm，最大高度4 500 mm。

1.2 2408工作面沿空留巷隔离墙施工工艺

(1)运输顺槽超前滞后加固。为形成隔离墙安全施工作业空间，避免工作面前后方支承压力对预留巷道的影响，需要对工作面前后方巷道进行加强支护[7-11]。超前支护设计：在工作面前方50 m处采用π型铰接顶梁+单体柱，1梁3柱，间距根据巷道内的设备布置情况而定，不宜大于1 000 mm，排距为500 mm。滞后工作面支护结构为：在工作面后方80 m 处采用π型铰接梁+单体柱，1梁4柱，间排距为800 mm×500 mm。

(2)沿空留巷隔离墙施工工艺。回采之前进行架前铺网，架前网选用铰链网，铰链网总长7 m，外伸入巷道内1 m。紧跟排头架施工顶、底锚栓，打设锚柱，在隔离墙内轮廓位置打设惠天锚柱，间距333 mm，即1 m 3根。在隔离墙外轮廓位置支设单体液压支柱，间距为500 mm，即1 m 2根。锚柱和单体液压支柱形成了架后安全隔离空间。在采面侧以及排头架侧垂直施工顶、底锚栓，锚栓外漏长度为100 mm，间距为333 mm；在隔离墙中间部位底板上打设地锚，地锚外露300 mm。挂设HTT模袋时，从外侧锚柱底部开始，每500 mm用铁丝将模袋羽檐固定1个点，同样从单体柱内侧底部开始，每500 mm 用铁丝将模袋羽檐固定1个点。在巷内采用单体柱进行2道加固，第1道加固于单体柱底部，用单体柱顶π型梁，排距为1 000 mm，第2道加固于距底板1 500 mm处，采用单体柱顶π型梁。待模袋浇筑完毕后，采用浇筑顶端小模袋进行接顶，浇筑顶模袋的材料选用清洗泵管的材料添加外加剂，形成黏塑性密封。

2 沿空留巷支护效果

2.1 巷道表面移近量监测

工作面端头设置第1个测站，随着工作面的推进，每推进20 m设置1个测站，在各测站断面内分别在顶、底板和左帮、右帮(采空区侧)布置测点。在2408工作面胶带巷沿空留巷期间，通过分析观测巷道顶板移近量、煤帮移近量可知：随着工作面向前推进，顶板移近量和煤帮移近量总体呈现增大趋势，主要是由于回采动压的影响，围岩应力重新分布，顶板暴露面积增加导致巷道变形不断加大；留巷在20～40 m 范围内变形增长速度较大，留巷超过40 m后，变形较平稳；顶底板移近量和煤帮最大移近量分别为337，239 mm，能够保证留巷后的巷道宽度大于2 500 mm。

2.2 顶板离层监测

随着工作面的推进，在距离工作面滞后40 m处设置观测站，工作面每推进40 m设置1个测站，共设置了3个测站，编号分别为1#、2#、3#。在各测站内分别布置有深基测点(埋深5 m)和浅基测点(埋深2 m)。分别在各测站顶板中部安设1个离层指示仪，深基点的离层指示仪布置于顶板5 m深处，浅基点的离层指示仪布置于顶板2 m深处。

分析图5可知：1#测站深部离层值累计为32 mm，浅部离层值累计为19 mm；2#测站深部离层值累计为28 mm，浅部离层值累计为17 mm；3#测站深部离层值累计为30 mm，浅部离层值累计为18 mm。可见，在锚杆、锚索支护作用下，沿空留巷顶板岩层稳定性较好。

图5 巷道位移变化特征

2.3 隔离墙结构荷载监测

在隔离墙顶部布置压力计，每20 m布置1个测站。由图6可知：随着距离工作面越来越远，隔离墙上的压力呈增大趋势，在工作面后方0～40 m处，隔离墙上压力值较小，主要是由于此时上部岩层荷载主要由锚柱和单体柱支撑，随着锚柱切顶和老顶关键层回转下沉，岩层运动越来越剧烈，此时上部荷载加载到隔离墙上；在工作面后方40 m后，隔离墙荷载增加缓慢，工作面后方100 m后，隔离墙荷载基本保持稳定，主要是由于岩层运动已经达到稳定，隔离墙上的最大压力小于C30混凝土的抗压强度，说明隔离墙不会发生破坏，满足留巷要求。