成庄矿15 号煤回采巷道支护技术研究

王胜涛

（晋能控股煤业集团晋城煤炭事业部晟泰公司，山西 晋城 048000）

晋能控股煤业集团成庄矿主采3 号煤，3 号煤可采储量为243.18 Mt[1]。为实现矿井可持续长远发展，成庄矿计划将3 号煤与下组煤15 号煤进行配采。为了保证15 号煤层的正常安全回采，须对15号煤层的巷道支护进行研究[1-4]。因此，对15 号煤层地应力和围岩强度进行测试，依据测试结果设计15 号煤层工作面回采巷道的支护方案。

1 概况

成庄矿首采XV1307 工作面煤层均厚3.68 m，普氏硬度为2～3，煤层倾角最大5°，最小1°，平均顷角3°。煤层顶板上距K2 石灰岩0～2.50 m，平均0.68 m，距K1 砂岩0～25.80 m，平均12.34 m；底板为泥岩，局部为粉砂岩。回采巷道按“二进二回”布置，XV13071 巷、 XV13072 巷、 XV13073巷、 XV13074 巷及XV1307 工作面切眼均为新掘巷道，沿15 号煤层顶板掘进，其中XV13074 巷为15号煤层支护研究的试验巷道。

2 地应力和围岩强度测试

（1）地应力测试

本次测试在XV1307 工作面区域布置了两个测点：第一测点位于XV13073 巷170 m 处，测点埋深319 m，顶板上方为3 号煤层采空区；第二测点位于XV13074 巷1040 m 处，测点埋深279 m，顶板上方为3 号煤层采空区。测点具体位置如图1。

图1 地质力学测站位置示意图

通过地应力测量，并对测试结果进行计算，结合相关地质资料综合分析得到：第一测点最大水平主应力为11.94 MPa，最小水平主应力为6.22 MPa，垂直应力为7.37 MPa；第二测点最大水平主应力为11.40 MPa，最小水平主应力为6.18 MPa，垂直应力为6.53 MPa。两个测点最大水平主应力均大于垂直主应力，最小水平主应力为最小主应力，应力场类型为σH＞σV＞σh型应力场[2]，初步判断测试区域构造应力占优势，水平主应力为最大主应力。两个测点最大水平主应力方向分别为N40.7°W、N32.8°，最大水平主应力方向一致性较好。

（2）围岩强度测试

钻孔触探法是一种比较适合煤矿井下巷道围岩强度的测量方法，开发了WQCZ-56 型小孔径井下巷道围岩强度测定装置，该装置采用小直径钻孔（56 mm），可在井下进行快速、大面积围岩强度测量[3-4]。

通过对两个测点进行岩体强度原位测试，对测试结果进行整理和计算可得：

第一测点顶板0～9.5 m 为石灰岩，厚层状，致密、坚硬，岩层强度平均111.34 MPa；9.5～10.0 m 为粉砂岩，灰黑色，致密，岩层强度平均77.44 MPa。第二测点顶板以上0～9.0 m 为石灰岩，致密，坚硬，岩层强度平均110.67 MPa；9.0～10.0 m 为粉砂岩，灰黑色，岩层强度平均80.06 MPa。

3 XV13074 巷支护参数设计

以XV13074 巷作为15 号煤层回采巷道支护技术研究的试验巷道。依据地应力测试和围岩强度测试结果，巷道支护设计参数如下：

（1）顶板支护

锚杆采用MSGLW-500 钢材，杆体为Φ22 mm左旋无纵筋螺纹钢筋，长度2400 mm，杆尾螺纹为M24 mm。锚杆排距1400 mm，每排4 根锚杆，锚杆间距1400 mm，距顶角400 mm 布置，垂直顶板打设，要求预紧力矩不低于300 N·m，不超过400 N·m。采用两支树脂锚固剂，一支规格为MSK2335，另一支规格为MSZ2360。钻孔直径30 mm，锚固长度1208 mm，锚固力不低于120 kN。锚杆托板为规格150 mm×150 mm×10 mm 的高强度拱形托板。

锚索为1×19 股SKP22-1/1860-5300 钢绞线，直径22 mm，长5300 mm。锚索排距2800 mm，每排打设一根锚索，居中布置，距两帮2500 mm 处打设。锚索托盘为300 mm×300 mm×16 mm 的高强度拱形托板。采用三支锚固剂，一支MSK2335，两支MSZ2360。钻孔直径30 mm，锚固长度1930 mm，预紧力损失后不小于200 kN。钢筋托梁采用直径14 mm 圆钢焊接而成，宽度为80 mm，长4500 mm，规格为Φ14-4500-80-4。网片采用10#镀锌铁丝编制金属网护顶，网孔50 mm×50 mm。

（2）巷帮支护

非回采侧：锚杆采用MSGLW-500 钢材，杆体为Φ22 mm 左旋无纵筋螺纹钢筋，长度2000 m，杆尾螺纹为M22 mm。锚杆排距1200 mm，每排3根锚杆，锚杆间距1200 mm，距顶角550 mm 布置，垂直煤帮打设，要求预紧力矩不低于300 N·m，不超过400 N·m。采用两支树脂锚固剂，一支规格为MSK2335，另一支规格为MSZ2360。钻孔直径30 mm，锚固长度1208 mm，锚固力不小于120 kN。锚杆托板为150 mm×150 mm×10 mm 的高强度拱形托板。采用10#镀锌铁丝编制金属网加W 钢护板护表，网片规格为3500 mm×1400 mm，钢护板规格280 mm×400 mm×4 mm。

回采侧：锚杆采用玻璃钢锚杆，杆体直径为20 mm，长度2000 m。锚杆排距1200 mm，每排3根锚杆，锚杆间距1200 mm，距顶角550 mm 布置，垂直煤帮打设，要求预紧力矩不低于40 N·m。采用两支树脂锚固剂，一支规格为MSK2335，另一支规格为MSZ2360。钻孔直径30 mm，锚固长度1005 mm，锚固力不小于70 kN。锚杆托板为Φ10 mm 的圆形玻璃钢配套托板。采用3500 mm×1400 mm 塑料网加W 钢护板护表，钢护板规格280 mm×400 mm×4 mm。具体支护参数如图2。

图2 XV13074 巷道支护参数（mm）

4 支护效果

为了验证支护设计参数的现场试验效果，采用十字布点法在XV13074 巷安设表面位移监测站，巷道围岩掘进期间表面位移监测曲线如图3。

图3 XV13074 巷掘进期间表面位移监测曲线

由监测曲线可知：XV13074 巷掘进期间巷道两帮移近量最大为38 mm，顶板沉降量16 mm。巷道两帮收缩量、顶板沉降量不大，巷道围岩完整性良好。测站处离层仪显示浅部和深部离层数值均为0，说明巷道围岩变形控制效果较好，在锚杆索支护范围内围岩保持稳定，没有发生新的扩容不协调变形，巷道支护参数设计合理可靠。

5 结论

通过地应力测试和围岩强度测试得到了成庄矿15 号煤XV1307 工作面地质力学参数，依据地质力学参数对工作面回采巷道XV13074 巷进行了初始支护方案设计。现场试验结果表明，巷道两帮收缩量、顶板沉降量不大，巷道围岩完整性良好，15 号煤回采巷道的支护参数设计合理可靠，为后续成庄矿15号煤回采巷道支护设计提供了参考。