沿空留巷过“十”字巷道提前留巷技术研究

2021-05-21高山

煤矿现代化 2021年3期

高山

（晋能控股煤业集团晋圣亿欣煤业，山西晋城 048200）

1 矿井概况

1.1 地质赋存条件

亿欣煤业井田呈不规则多边形，东西走向最宽9.5 km，南北最长约6.2 km，开采标高为1 530～640 m。可采15 号煤层，一般厚1.60～3.81 m，平均厚2.55 m，属稳定可采煤层；本组地层平均厚度44.0 m，其中2 号煤层厚0.25～3.15 m，平均厚1.50 m。

1.2 水文情况

井田内地形总体西高东低、南北高中部低，冲沟发育，据实地调查，本区形不成大的洪流，沟谷内的洪水属即排即泄型。历史最高洪水水位在井田区以南沟谷，标高约1 129.50 m，亿欣煤业设计利用原富景西都煤业有限公司工业广场，标高为1 136.0 m，主井口标高为1 136.1 m，副井标高为1 136.1 m，风井标高为1 135.576 m。

2 工作面概况

2.1 工作面的位置

XV1307 综采工作面位于15 号煤层一盘区东轨道大巷南侧，XV1306 综采工作面（已采）东侧，XV2306 工作面（正在布置）西侧。工作面倾斜长度为180.00 m（XV1214 巷巷中 -XV1213 巷巷中），走向长度为673.6 m，煤层平均厚度为2.24 m。

2.2 煤层顶、底板

工作面煤层顶、底板情况见表1。

表1 煤层顶、底板情况

2.3 水文地质情况

XV1306、XV1307 工作面水文地质条件较为简单，主要充水源为上覆地层层间裂隙水，预计最大涌水量为30 m3/h，正常涌水量为10 m3/h，对切顶切压留巷造成的影响较小。

2.4 顶底板岩性

从ZK3-3 柱状可知，基本顶为K2 灰岩，直接赋存在煤层上方，厚8.9~16.36 m；在顶板下位上方8.9m 处有厚度为1.7 m 的砂质泥岩和0.4 m 的煤线。

3 沿空留巷简介

3.1 总体方案

1）切得开：通过切缝孔配合聚能管进行爆破，单向切开巷道与工作面顶板联系，将顶板受力三角区转移至工作面内。

2）支得住：利用恒阻锚索进行补强加固，控制顶板下沉量。

3）挡得住：工作面推进过程中，顶板垮落，U 型钢梁及钢筋网能起到有效挡矸作用。

4）护得住：预留巷道会受到动压影响，采用π型钢梁加1 梁4 柱支护。

3.2 具体步骤

1）恒阻锚索加强支护，按所设计的支护参数施工恒阻大变形锚索加固巷道，并在切缝侧恒阻锚索沿着巷道走向添加W 钢带提高整体支护性能。

2）切缝孔施工位置为切缝孔布置与顶板垂线夹角为15°，切缝孔间距500 mm，距工作面煤壁200 mm，允许误差±50 mm，眼深10 m，正向装药。

3）待工作面回采后，及时在两巷端头支架后安设“1 梁4 柱”，在靠近采空区侧铺设钢筋网、安设单体柱和可缩性U 型钢。

4）待巷道稳定后，通过各类矿压数据及人工测站分析，在架后0～200 m 稳定区段，逐步撤除巷帮及巷内单体柱。

4 “十”字巷道提前留巷支护计算

4.1 “十”字巷道矿压显现

亿欣煤业XV1307 工作面正常回采，当工作面推进至XV1214 巷距离XV2306 工作面切眼30 m 范围内时，XV1214 巷超前支护范围内局部顶板出现了破碎现象，伴随帮鼓、片帮，XV1307 工作面前半部1-20 号支架压力表读数增大，煤体片帮增大，偶尔出现煤炮等现象。随着XV1307 工作面推进，XV2306切眼内也有一定矿压显现。

XV1307 工作面原计划当推进至XV1214 巷距离XV2306 工作面切眼5 m 时，开始正常沿空留巷。目前面临“十”字巷道矿压显现明显，为确保XV1214巷道留巷的完好以及XV2306 工作面切眼支护完好，XV1307 工作面正常回采通过此段，临时制定措施，XV1214 巷提前25m 留巷、对XV2306 工作面切眼进行补强支护，XV1307 工作面内1-20 号支架要升紧支架，保证初撑力达标。“十”字巷道具体位置见图1。

4.2 巷道原支护

XV1214 巷巷道净断面5 m×2.5 m，目前工作面推进至十字巷道口约30 m，XV1214 巷及XV2306 工作面切眼、XV1307 工作面矿压显现，XV1214 巷道局部围岩出现变形，帮部出现片帮。

图1 “十”字巷道位置示图

4.2.1 理论计算法

XV1214 巷超前支护强度

PL=K×Kd×2a×γd

式中：K为工作面超前支护围岩状况修正系数，取1.1；Kd为工作面采动应力作用下超前支护段的动载系数，根据本工作面预计的矿压显现程度进行选取，一般选取1.5-2；2a为工作面超前支护巷道宽度，m；γd为顶板岩石容重，kN/m3，一般取 25 kN/m3。

4.2.2 原有巷道支护强度

XV1214 巷为初次使用巷道，净断面为5 m×2.5 m，每根钢筋托梁施工4 根锚杆，每根锚杆锚固力为126 kN，锚索排距5.4 m，锚索预紧力要求不低于120 kN。

XV1214 巷超前支护段，

式中：Ps为超前支护段原巷道掘进（或维修时）的设计支护强度；K为工作面超前支护段围岩状况修正系数。

4.2.3 加强支护强度应满足

XV1214 巷超前支护

P≥PL-Py=275 kN/m2-48.35 kN/m2=226.65 kN/m2

4.3 加强支护

1）恒阻锚索主动支护补强后。

3）被动支护。采取工字钢梁配合1 梁4 柱，工字钢梁0.5 m 排距，支护强度：

P=90×4/50×0.5=144 kN/m ＞ 137.044 8 kN/m2

满足支护要求。

5 “十”字巷道提前留巷支护方式

5.1 主动支护

XV1214 巷距XV2306 切眼20 m 范围内采用恒阻锚索加W 钢带主动支护顶板补强支护，共施工3排，具体规格及参数如下。

施工第1 列恒阻锚索，距留巷帮600 mm，恒阻锚索排距1 000 mm；第2 列恒阻锚索距第1 列恒阻锚索间距1 000 mm，第2 列恒阻锚索排距为2 000 mm，恒阻大变形锚索垂直于顶板方向布置，托盘选用300mm×300mm×20mm 的平托盘，中间加工直径100 mm 的圆孔；距第2 列恒阻锚索间距1 700 mm施工第3 列恒阻锚索，第3 列恒阻锚索排距为2 000 mm，施工时与顶板75°。具体见图2。

图2 恒阻锚索及π 型钢梁支护示意图

5.2 切缝孔预裂爆破

在XV1214 巷内距十字口巷道位置20 m 范围施工切缝孔，切缝孔施工位置为切缝孔布置与顶板垂线夹角为15°，切缝孔间距500 mm，切顶线距工作面煤壁200 mm，允许误差±50 mm，眼深10 m。使用聚能管进行切缝，一次最多起爆8 个炮眼，每爆破4个眼，中间留1 个炮眼不起爆，作为观测顶板窥伺孔，观察顶板变化。

5.3 挡矸支护

U 型钢顶部带有钢管侧插在切顶线爆破孔内，下部支在预先挖好的排水沟内确保在实底上，支设好的U 型钢之间采用“加工的连接片”联锁。钢筋网为直径为6.5 mm 的钢筋焊接网，每卷钢筋网尺寸为1 600 mm×2 500 mm，钢筋网与钢筋网之间重叠100 mm，并用联网丝捆扎，钢筋网与原支护网连接采用宽度为400 mm 菱形网连接。U 型钢间距500 mm。为防止矸石将U 型钢梁推出，在U 型钢梁中间紧贴连接片支设1 根单体柱，单体柱与U 型钢梁间距250 mm。具体见图3。

图3 挡矸与临时支护侧视图

5.4 被动支护

5.4.1 XV1214 巷道架棚

1）架棚区段为XV1214 巷内从XV2306 切眼南帮开始向南25 m。采用L=4.8m 12 号工字钢棚梁，25U 型可伸缩型棚腿（上棚腿长度为1.34 m，下棚腿长度为 2.04 m），DW31.5-200/100 型或者DW28-250/100 型液压单体柱，岔角值0.5 m。工字钢棚梁棚距为0.5 m，允许有50 mm 误差，一共架设50架，架棚保证1 梁4 柱。

2）盘帮勾顶。背板交错布置，背板间距不大于0.8 m。

3）工字钢棚梁沿着XV1214 巷巷道东西方向架设，靠煤柱侧架设25U 型可伸缩型棚腿，棚腿紧靠煤柱，用背板背牢背实，棚腿见用拉钩拉紧。靠XV1307工作面回采侧架设液压单体柱，单体柱架设在工字钢卡头以外，架设单体柱要求挖柱窝，宽度不小于150 mm，深度不小于300 mm。为保证支护效果，在工字钢梁中间使用锚索加槽钢来固定工字钢梁。

4）沿着棚梁下面顺着巷道南北方向架设“抬棚”，使用5m 板料配合液压单体柱架设。5 m 板梁架设在棚梁卡头以里，并使用锚链将同一架棚梁下的液压单体柱和板梁固定牢靠，用木楔背紧。

5.4.2 XV2306 切眼打木垛补强支护

提前在XV2306 切眼内与XV1214 巷交叉口处施工5 根锁口锚索，间距2 m，在XV2306 切眼内施工密集联锁木垛。

5.4.3 XV1307 工作面

通过十字交叉口前后20 m 范围内时，XV1307工作面支架要全部升紧，确保初撑力达标。