岳城煤矿下组煤首采工作面支护研究

2021-05-19刘伟

机械管理开发 2021年3期

刘伟

（山西晋能控股煤业集团沁秀公司岳城煤矿，山西晋城 048006）

引言

岳城煤矿是沁秀公司主力矿井，随着开采的不断深入，3 号煤资源逐渐枯竭，为了有效延长矿井服务年限，并实现优劣资源充分利用，岳城煤矿拟实施下组煤配采工程，进行优劣煤层的合理配采。由于首采面为岳城煤矿9 号煤回采布置的第一个工作面，首采面顺槽巷道支护设计没有同类型巷道进行借鉴，9 号煤巷道部分区域沿煤层底板掘进，煤层平均厚度为1.0 m 左右，巷道掘进断面为半煤岩巷，顶板以泥岩为主，极易风化，巷道掘出后短期内便产生大量网兜，十分不利于巷道围岩稳定，岳城煤矿没有类似巷道的支护经验，因此对首采面变形原因进行分析，针对性提出支护设计，解决首采面支护难题。

1 现场概况

岳城煤矿九一盘区首采面埋深约430～540 m，南九一盘区回风巷和辅运巷，上方3 号煤层位置为1304 工作面采空区。9 号煤首采面位于首采盘区北翼上部，采用薄煤层走向长壁综采采煤法，全部跨落法管理顶板[1]。首采面采用2 条顺槽巷道按“一进一回，U 型”布置，胶带进风顺槽、轨道回风顺槽、工作面切眼均为新掘巷道，沿9 号煤层底板掘进。9 号煤自燃倾向性等级为Ⅲ级，自燃倾向性性质为不易自燃；9 号煤层没有煤尘爆炸性。工作面采用矩形断面，锚网喷+锚索支护，巷道掘进断面为5.2 m×3.1 m。

2 支护设计

2.1 地质力学测试

根据实际应用的需要，对9 号煤首采面巷道地质力学参数进行测试。第一测点地应力量值属于高应力区范围内，但量值偏低；其余测点地应力量值均属于中等应力区[2]。综合划分测试区域地应力场在量值上应属于中等应力值区域。四组测点最大水平主应力方向分别为N56.7°W、N59.5°W、N49.3°W和N79.6°W，为NWW 方向，方向一致性好。顶板上部10 m 范围内围岩强度和结构差异很大，局部区域岩芯采取率较低，围岩破碎，属于复合顶板[3]。胶带进风顺槽130 m 处顶板浅部3 m 范围内岩性较差，致使顶板易出现浅部离层，在设计时应重点抓好该区域的支护。

2.2 顺槽巷道设计

顺槽巷道支护设计如图1、图2 所示：

图1 顺槽巷道顶板支护（单位：mm）

图2 顺槽巷道两帮支护（单位：mm）

如图1，图2 所示，顶板支护为钢棒和锚索联合支护，其中锚杆采用MSGLW-500 22/2400 的左旋无纵筋螺纹钢筋，排距1 000 mm，每排5 根，间距900 mm，垂直顶板打设，锚索采用SKP22-1/1770-8400型高强度矿用钢绞线锚索，布置方式为1-0-1 布置，排距2 000 mm，沿巷道中线垂直顶板岩层打设锚索；锚固剂采用1 支MSK2335 和2 支MSZ2360 树脂锚固剂加长预紧锚固。钻头直径Φ30 mm，锚固长度1 971 mm。

帮部支护采用MSGLW-500 22/2400 型左旋无纵筋螺纹钢筋，排距为1 000 mm，每帮每排3 根锚杆，锚杆间距为900 mm，距顶、底板分别为300 mm、300 mm，垂直巷帮打设，采用2 支树脂锚固剂，1 支规格为MSK2335，另1 支规格为MSZ2360。钻头直径Φ30 mm，锚固长度为1 208 mm，锚固力不小于150 kN。

2.3 工作面切眼支护设计

工作面切眼为6.2 m×2.1 m 的矩形断面，巷道沿9 号煤层顶板掘进，分次成巷。其支护设计如图3，图4，图5 所示：

图3 切眼顶板支护（单位：mm）

图4 切眼巷帮支护（开采侧）（单位：mm）

图5 切眼巷帮支护（非开采侧）（单位：mm）

如图，顶板支护锚杆采用MSGLW-500 22/2400型左旋无纵筋螺纹钢筋，排距800 mm，每排8 根锚杆，首次成巷时锚杆间距800 mm，二次扩帮时锚杆间距 800 mm，垂直顶板打设。锚索采用SKP22-1/1770-8400 的高强度矿用钢绞线锚索，首次成巷时沿巷道中间打设锚索，1-1 布置，距外帮1 500 mm；二次扩帮时2-2 布置，锚索间距1 600 mm，距外帮1 500 mm。排距1 600 mm，垂直顶板岩层打设。

帮补支护时，非开采侧帮支护锚杆采用MSGLW-500 22/2400 的左旋无纵筋螺纹钢筋，排距800 mm，每帮每排3 根锚杆，锚杆间距700 mm，距顶、底板分别为300 mm、400 mm，垂直巷帮打设；开采侧帮支护锚杆采用MGSC-20/24F 的高强度玻纤树脂锚杆，排距800 mm，每帮每排3 根锚杆，锚杆间距700 mm，距顶、底板分别为300 mm、400 mm，垂直巷帮打设，采用2.1 m×1.0 m 塑料网护表。

3 现场实施

分别在巷道开口200 m 处、切眼50 m 处安设表面位移测站，对巷道顶底板和两帮岩移变化进行实时监测，得监测变化曲线，如图6、图7 所示。

由图6、图7 监测曲线可知：巷道开口200 处测站巷道顶底移近量最大为94 mm，为巷道初始高度的3.4%，其中顶板下沉7 mm，底鼓量87 mm，巷道两帮移近量最大为160 mm，为初始巷道两帮宽度的3.6%；巷道切眼处测站巷道顶底移近量最大为91 mm，为巷道初始高度的3.3%，其中顶板下沉6 mm，底鼓量85 mm，巷道两帮移近量最大为153 mm，为初始巷道两帮宽度的3.3%。