某礦2408工作面沿空留巷支護(hù)方案設(shè)計(jì)

劉志堅(jiān)

(山西汾西礦業(yè)集團(tuán)公司)

某礦2408工作面標(biāo)高為376～456 m，工作面回采長度為1 500 m，工作面傾斜長度為260 m，煤層厚度為3.5～4.3 m，平均厚度為4.12 m，開采煤層有益厚度為4.07 m，煤層傾角為4°。該工作面煤層直接頂為灰黑色泥巖，平均厚度為5.6 m；老頂為灰色中砂巖，平均厚度為4.5 m；煤層直接底為中砂巖，灰色中砂巖，平均厚度為1 m；老底為黑色粉砂巖，平均厚度為1.58 m。為確保該工作面安全開采，本研究對該工作面沿空留巷支護(hù)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)與應(yīng)用。

1 2408工作面沿空留巷膠帶巷支護(hù)設(shè)計(jì)

1.1 支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)

1.1.1 原順槽支護(hù)形式及支護(hù)參數(shù)

原順槽斷面為矩形，寬4.6 m，高3.9 m。

(1)頂板錨桿(索)支護(hù)形式及支護(hù)參數(shù)。頂錨桿規(guī)格為φ22 mm×2 400 mm螺紋鋼錨桿，間排距為800 mm×800 mm；錨桿初錨力大于20 kN，錨固力大于60 kN，扭矩大于200 N·m。錨固劑為MSCK2455樹脂藥卷，選用2卷，為加長錨固。護(hù)頂金屬網(wǎng)采用菱形金屬網(wǎng)，網(wǎng)孔規(guī)格為50 mm×50 mm，長邊搭接0.1 m，每隔0.2 m用14#鐵絲系1扣，每扣扭結(jié)不得少于3圈。護(hù)頂鋼帶采用“W”型鋼帶，長度為4 400 mm，寬度為250 mm，厚度為5 mm。錨桿托盤采用120 mm×120 mm×10 mm正方形碗狀鋼板托盤[1-3]。頂錨索規(guī)格為φ21.8 mm×6 300 mm，預(yù)緊力不宜低于80 kN，錨固力不宜低于200 kN，間排距為1 600 mm×1 600 mm。頂幫錨索錨固段錨固劑采用3卷MSCK2455型樹脂藥卷。

(2)煤幫錨桿支護(hù)形式及支護(hù)參數(shù)。幫錨桿規(guī)格為φ20 mm×2 000 mm螺紋鋼錨桿，間排距為800 mm×800 mm；錨桿初錨力大于10 kN，錨固力大于30 kN，扭矩大于200 N·m。護(hù)幫采用長為10 mm，寬為1 mm的聚丙烯雙抗網(wǎng)，雙向抗拉網(wǎng)長、短邊均搭接0.1 m，每隔0.2 m用14#鐵絲系1扣，每扣扭結(jié)不得少于3圈。護(hù)幫采用長為2.7 m的四眼圓鋼鋼帶配合幫側(cè)錨桿打注。幫錨桿托盤采用120 mm×120 mm×10 mm正方形碗狀鋼板托盤。幫錨桿的錨固劑采用1卷MSCK2455型樹脂藥卷為端頭錨固。原順槽支護(hù)形式如圖1所示。

圖1 2408工作面原順槽支護(hù)斷面(單位：mm)

1.1.2 沿空留巷加強(qiáng)支護(hù)形式

沿空留巷幫部原先的支護(hù)形式在回采過程中受到了動(dòng)壓影響，煤幫出現(xiàn)了一定范圍的塑性區(qū)，需要對巷道幫部進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，留幫側(cè)加強(qiáng)支護(hù)的錨索規(guī)格為φ17.8 mm×4 300 mm，間排距為800 mm×1 600 mm巷道幫部支護(hù)方式如圖2所示。

圖2 2408膠帶巷加強(qiáng)支護(hù)斷面(單位：mm)

在沿空留巷過程中由于老頂關(guān)鍵層的回轉(zhuǎn)、下沉?xí)?dǎo)致頂板發(fā)生離層和下沉，影響巷道的穩(wěn)定性。巷內(nèi)頂板采用錨索梁結(jié)構(gòu)的加固方式進(jìn)行處理，已經(jīng)加固的部位不再加固[4-6]。頂板加強(qiáng)支護(hù)選用型號為T140桁架鋼帶(長度為4 000 mm)，錨索規(guī)格為φ21.8 mm×6 300 mm，間排距為1 600 mm×800 mm。巷道頂部錨索布置方式如圖3所示。

圖3 2408膠帶巷頂板加強(qiáng)支護(hù)示意(單位：mm)

1.1.3 隔離墻及其結(jié)構(gòu)件的布置方式及參數(shù)

沿空留巷隔離墻布置于巷內(nèi)，墻厚1 000 mm，高4 000 mm，高度隨著工作面的移動(dòng)隨時(shí)調(diào)整，隔離墻緊貼采煤面布置，留巷寬度為3 600 mm。沿空留巷隔離墻布置方式見圖4。

圖4 23208膠帶巷隔離墻布置示意(單位：mm)

隔離墻構(gòu)件幾何參數(shù)及布置方式：①鉸鏈網(wǎng)，規(guī)格為RJF40-7×10，長10 m，寬8 m，施工時(shí)提前鋪設(shè)于支架上，隔離墻巷內(nèi)外包1 m；②錨柱，型號為DM108-30/42，最大高度為4.2 m，最小高度為3.3 m，可伸長1.2 m，排距333 mm，即1 m 布置3個(gè)，最大高度為4.2 m；③菱形網(wǎng)，網(wǎng)孔規(guī)格為40 mm×40 mm，錨柱側(cè)滿鋪；④模袋，型號為HT-TJD2-11H43，長2 m、寬1.1 m、高4.3 m，2 m布置1個(gè)；⑤網(wǎng)孔模板，型號為TMB2×2，網(wǎng)孔規(guī)格為100 mm×100 mm，采用φ6.5 mm圓鋼冷拉焊接加工而成，模板規(guī)格為1 800 mm×1 500 mm(長×寬)，單體柱側(cè)滿鋪；⑥木板梁，規(guī)格為2 000 mm×150 mm×10 mm(長×寬×高)，間距為500 mm，巷內(nèi)布置；⑦單體柱，型號為DW45-300/110X，間距為500 mm，最大高度4 500 mm。

1.2 2408工作面沿空留巷隔離墻施工工藝

(1)運(yùn)輸順槽超前滯后加固。為形成隔離墻安全施工作業(yè)空間，避免工作面前后方支承壓力對預(yù)留巷道的影響，需要對工作面前后方巷道進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)[7-11]。超前支護(hù)設(shè)計(jì)：在工作面前方50 m處采用π型鉸接頂梁+單體柱，1梁3柱，間距根據(jù)巷道內(nèi)的設(shè)備布置情況而定，不宜大于1 000 mm，排距為500 mm。滯后工作面支護(hù)結(jié)構(gòu)為：在工作面后方80 m 處采用π型鉸接梁+單體柱，1梁4柱，間排距為800 mm×500 mm。

(2)沿空留巷隔離墻施工工藝?；夭芍斑M(jìn)行架前鋪網(wǎng)，架前網(wǎng)選用鉸鏈網(wǎng)，鉸鏈網(wǎng)總長7 m，外伸入巷道內(nèi)1 m。緊跟排頭架施工頂、底錨栓，打設(shè)錨柱，在隔離墻內(nèi)輪廓位置打設(shè)惠天錨柱，間距333 mm，即1 m 3根。在隔離墻外輪廓位置支設(shè)單體液壓支柱，間距為500 mm，即1 m 2根。錨柱和單體液壓支柱形成了架后安全隔離空間。在采面?zhèn)纫约芭蓬^架側(cè)垂直施工頂、底錨栓，錨栓外漏長度為100 mm，間距為333 mm；在隔離墻中間部位底板上打設(shè)地錨，地錨外露300 mm。掛設(shè)HTT模袋時(shí)，從外側(cè)錨柱底部開始，每500 mm用鐵絲將模袋羽檐固定1個(gè)點(diǎn)，同樣從單體柱內(nèi)側(cè)底部開始，每500 mm 用鐵絲將模袋羽檐固定1個(gè)點(diǎn)。在巷內(nèi)采用單體柱進(jìn)行2道加固，第1道加固于單體柱底部，用單體柱頂π型梁，排距為1 000 mm，第2道加固于距底板1 500 mm處，采用單體柱頂π型梁。待模袋澆筑完畢后，采用澆筑頂端小模袋進(jìn)行接頂，澆筑頂模袋的材料選用清洗泵管的材料添加外加劑，形成黏塑性密封。

2 沿空留巷支護(hù)效果

2.1 巷道表面移近量監(jiān)測

工作面端頭設(shè)置第1個(gè)測站，隨著工作面的推進(jìn)，每推進(jìn)20 m設(shè)置1個(gè)測站，在各測站斷面內(nèi)分別在頂、底板和左幫、右?guī)?采空區(qū)側(cè))布置測點(diǎn)。在2408工作面膠帶巷沿空留巷期間，通過分析觀測巷道頂板移近量、煤幫移近量可知：隨著工作面向前推進(jìn)，頂板移近量和煤幫移近量總體呈現(xiàn)增大趨勢，主要是由于回采動(dòng)壓的影響，圍巖應(yīng)力重新分布，頂板暴露面積增加導(dǎo)致巷道變形不斷加大；留巷在20～40 m 范圍內(nèi)變形增長速度較大，留巷超過40 m后，變形較平穩(wěn)；頂?shù)装逡平亢兔簬妥畲笠平糠謩e為337，239 mm，能夠保證留巷后的巷道寬度大于2 500 mm。

2.2 頂板離層監(jiān)測

隨著工作面的推進(jìn)，在距離工作面滯后40 m處設(shè)置觀測站，工作面每推進(jìn)40 m設(shè)置1個(gè)測站，共設(shè)置了3個(gè)測站，編號分別為1#、2#、3#。在各測站內(nèi)分別布置有深基測點(diǎn)(埋深5 m)和淺基測點(diǎn)(埋深2 m)。分別在各測站頂板中部安設(shè)1個(gè)離層指示儀，深基點(diǎn)的離層指示儀布置于頂板5 m深處，淺基點(diǎn)的離層指示儀布置于頂板2 m深處。

分析圖5可知：1#測站深部離層值累計(jì)為32 mm，淺部離層值累計(jì)為19 mm；2#測站深部離層值累計(jì)為28 mm，淺部離層值累計(jì)為17 mm；3#測站深部離層值累計(jì)為30 mm，淺部離層值累計(jì)為18 mm?？梢?，在錨桿、錨索支護(hù)作用下，沿空留巷頂板巖層穩(wěn)定性較好。

圖5 巷道位移變化特征

2.3 隔離墻結(jié)構(gòu)荷載監(jiān)測

在隔離墻頂部布置壓力計(jì)，每20 m布置1個(gè)測站。由圖6可知：隨著距離工作面越來越遠(yuǎn)，隔離墻上的壓力呈增大趨勢，在工作面后方0～40 m處，隔離墻上壓力值較小，主要是由于此時(shí)上部巖層荷載主要由錨柱和單體柱支撐，隨著錨柱切頂和老頂關(guān)鍵層回轉(zhuǎn)下沉，巖層運(yùn)動(dòng)越來越劇烈，此時(shí)上部荷載加載到隔離墻上；在工作面后方40 m后，隔離墻荷載增加緩慢，工作面后方100 m后，隔離墻荷載基本保持穩(wěn)定，主要是由于巖層運(yùn)動(dòng)已經(jīng)達(dá)到穩(wěn)定，隔離墻上的最大壓力小于C30混凝土的抗壓強(qiáng)度，說明隔離墻不會發(fā)生破壞，滿足留巷要求。

圖6 隔離墻載荷變化特征

3 結(jié) 語

對某礦2408工作面沿空留巷的支護(hù)方案進(jìn)行了設(shè)計(jì)，巷內(nèi)支護(hù)頂板采用錨桿+錨索+鋼板鋼帶，留幫采用錨桿+錨索+單托盤的支護(hù)方式，巷旁支護(hù)采用錨柱網(wǎng)預(yù)支撐袋鑄混凝土隔離墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行支護(hù)，巷外切頂采用錨柱網(wǎng)條狀集中應(yīng)力切頂。采用上述方案支護(hù)后，巷道頂?shù)装?、煤幫變形量較小，工作面后方隔離墻未發(fā)生破壞和失穩(wěn)。