深井大倾角厚煤层无煤柱开采架后临时支护技术

2019-03-11马士金巩奉刚纪维员

山东煤炭科技 2019年2期

马士金巩奉刚纪维员

（内蒙古福城矿业有限公司，内蒙古鄂尔多斯 016217）

本文以福城矿业有限公司1906S工作面切顶卸压自动成巷无煤柱开采工程为背景，对深井大倾角厚煤层切顶卸压架后临时支护进行系统研究。

1 工程地质条件

1906S工作面位于+150水平一采区南翼，工作面走向长1176m，倾斜长185.7～193.6m，平均倾斜长190.3m。1906S工作面地面标高1254.2～1258.8m，工作面标高+325.7～ +417m，开采9层煤为一复杂结构煤层，煤层分为上、下分层，其中分层界限为粉砂岩及泥岩，厚0.1～0.4m，平均厚0.21m。煤层上分层厚度平均1.2m，下分层平均厚度2.35m，总体平均厚度3.55m。工作面内煤层倾角在21～26.6°之间，全工作面平均煤层倾角25°，煤层倾角自切眼21°向外逐渐增大至26.6°。

9上煤层顶板岩性以灰岩（四灰）为主，局部具有泥岩或炭质泥岩薄层伪顶，岩石抗压强度为71.6MPa，属于坚硬岩石，岩体完整性中等完整，属于稳定顶板。9煤层底板以粉砂岩为主，局部有泥岩薄层伪底，岩石抗压强度为24.0MPa，属软弱岩石，岩体中等完整破碎，属不稳定底板。

工作面运输巷为沿空留巷巷道，巷道沿煤层顶板布置，巷道断面形状为梯形，净断面18.2m²。顶板采用锚杆配W钢带（4300×280×3mm）及钢塑复合网支护，锚杆间排距1000×1200mm。顶板为泥岩（顶板泥岩厚度大于0.5m）时，采用菱形网支护，锚杆间排距为1000×1000mm，在顶板巷中打设锚索加强支护，锚索采用Φ21.6×L6200mm钢绞线，锚索排距为3000mm；顶板为灰岩时不再打设锚索。两帮采用锚杆配W托盘（400×280×3mm）（或护帮皮带）及双向拉伸塑料网支护，锚杆间排距为1200×1200mm。巷道顶板采用MSGLD-600（X）等强螺纹钢式树脂锚杆（Φ22mm×L2200mm），巷道两帮采用MSGLD-335/22等强螺纹钢式树脂锚杆（Φ22mm×L2200mm）。

2 预裂切顶前的补强支护

对巷道顶板进行预裂切顶前，采用恒阻大变形锚索补强加固。巷道中间恒阻大变形锚索垂直于顶板方向布置，巷道上帮恒阻大变形锚索沿铅直方向布置：第一列恒阻锚索距原巷帮500mm，排距1000mm；第二列恒阻锚索位于巷中，排距2000mm。此外，在距另一侧煤壁帮500mm处布置一列普通锚索，排距3000mm，支护如图1所示。第一列恒阻锚索相邻锚索之间用W钢带连接（W钢带平行于巷道走向），以提高顶板的整体强度。

根据切缝参数及巷道原设计支护方式，恒阻大变形锚索直径取为21.8mm，长度取为11300mm，恒阻器长500mm，外径79mm，最大允许变形量350mm，恒阻值为30±2t，预紧力不小于25t，托盘规格300×300×16mm，中间扩孔直径100mm±1mm。

图1 恒阻锚索加强支护图

3 沿空留巷临时支护方案

3.1 后巷临时支护工作阻力计算

工作面回采过后直接顶垮落，基本顶断裂运动期间对短壁梁造成冲击作用，为巷道顶板剧烈运动期。在恒阻锚索及临时支护的加强支护作用下，保证巷道顶板不发生严重沉降及沿副帮侧折断现象，将切顶后巷道直接顶简化为悬臂梁。

图2中作用力均为走向单位宽度的受力，其中P为断裂基本顶冲击作用力，F1为恒阻锚索及原有锚索支护作用力，F2为临时支护作用力，G1为三角区域顶板重力，G2为矩形区域顶板重力，M0为岩梁内的抗弯力矩，H为切缝钻孔深度，B为留巷宽度，θ为切缝钻孔角度。

图2 切顶短壁梁受力模型

在顶板不发生剧烈变形条件下，顶板受力满足力矩平衡原理，即：

将

代入式（1）可得：

式中：

σ-岩梁最大拉应力，MPa；

k-顶板压力动载系数；

ME-基本顶厚度，m；

γ1-直接顶容重，kN/m3；

γ2-基本顶容重，kN/m3；

C-基本顶断裂步距，m。

根据福城煤矿生产地质条件，知F1=450kN，H=11m，B=4m，θ=20 °，k=1.3，ME=5m，γ1=25kN/m3，γ2=25kN/m3，C=18m，顶板岩梁最小抗拉强度στ=2MPa，知σ＜στ，因此巷道直接顶岩梁不会发生断裂，切顶卸压沿空留巷是安全的，安全系数为ξ=στ/σ，则σ=1MPa。

计算得F2=1497kN。