B060103 三河尖礦全煤巷道沿空掘巷支護

1、三河尖礦全煤巷道沿空掘巷支護馬繼新 楊永田 王保密（徐州礦務(wù)集團公司三河尖煤礦，江蘇 徐州 221613）摘要 徐礦集團三河尖礦東四采區(qū)是一個采用留窄煤柱沿空掘巷技術(shù)開采的綜采放頂煤采區(qū)，其回采巷道沿煤層底板布置。介紹這種典型的全煤巷道在沿空掘巷時的支護實踐，并對巷道維護的影響因素和支護效果進行了分析。關(guān)鍵詞 全煤巷道沿空掘巷錨桿支護支護效果徐礦集團三河尖礦東四采區(qū)是一個綜采放頂煤采區(qū)，采用留窄煤柱沿空掘巷技術(shù)開采，回采巷道沿煤層底板布置，采用錨桿支護。該采區(qū)于2000年6月開始布置工作面開采，目前已進行到第5個綜放工作面的回采，另有2個工作面回采巷道的掘進工程也基本完成。其間實施錨桿支護的巷

2、道總工程量達7160m，基本滿足了綜放工作面安全生產(chǎn)的需要。為沿空掘巷錨桿支護技術(shù)的推行提供了一個實例。1 地質(zhì)及生產(chǎn)技術(shù)條件東四采區(qū)主采煤層為山西組7、9煤（合層部分），煤層厚度為4.06.4m，平均。煤層傾角39°，平均5°。煤的堅固性系數(shù)f值為23。煤層結(jié)構(gòu)較簡單，直接頂以深灰色粉砂巖為主，厚8.16m，f值為46；深灰色、堅硬的粉細砂巖互層，老頂為厚17.01m，f值為68；煤層直接底為深灰色粉砂巖，厚2.86m，f值為46。開采深度735m。采用綜采放頂煤工藝單一工作面開采，為避免回采與巷道掘進相互影響，其首采工作面布置在采區(qū)中部，之后采用跳采方法輪回在首采工作面

3、兩側(cè)布置工作面生產(chǎn)。工作面兩巷沿煤層底板布置，頂板和兩幫均為煤，屬于典型的全煤巷道。出于隔離防火和避開鄰區(qū)側(cè)支承壓力峰值區(qū)的雙重考慮，其沿空巷道所留設(shè)的煤柱寬度為5m。沿空巷道（一般作軌道巷）凈斷面寬××2.6（m）。巷道施工以綜掘為主，特殊地段輔以炮掘。2 錨桿支護設(shè)計2.1 巷道維護影響因素分析東四采區(qū)7煤硬度較高，傾角小，賦存穩(wěn)定，自穩(wěn)能力較好，地質(zhì)構(gòu)造簡單。這些自然條件對沿煤層底板布置的全煤實體巷道采用錨桿支護較為有利。采區(qū)首采工作面7401工作面兩巷的錨桿支護就是成功的一例。巷道在整個服務(wù)期內(nèi)圍巖穩(wěn)定，不需維修，滿足了工作面生產(chǎn)的需要。但是，對于留窄煤柱沿空布置的

4、全煤巷道，巷道維護存在著較多不利因素：（1）煤柱沿空掘巷雖然可以使巷道避開鄰區(qū)側(cè)支承壓力峰值區(qū)，但巷道仍處于壓力破壞區(qū)之內(nèi)，其圍巖（煤體）的完整性會受到影響，自穩(wěn)能力會有較大幅度下降。（2）巷道底板掘進，巷道寬度達4200mm3.6m，該厚度與常規(guī)的錨桿直接作用范圍相近（錨桿長度一般不超過2500mm）。所以其厚頂煤處于離層變形的最敏感范圍之內(nèi)；在較大的圍巖應(yīng)力作用下，大跨度頂煤容易沿層面發(fā)生離層破壞，造成安全隱患或支護失效。（3）該區(qū)礦井主采區(qū)生產(chǎn)接續(xù)較為緊張，且綜放工作面開采厚度大，采空區(qū)動壓穩(wěn)定時間長，巷道掘進有時會在相鄰工作面殘余動壓影響范圍內(nèi)進行，甚至?xí)霈F(xiàn)與相鄰工作面回采相迎的情況

5、。因而，在動壓影響下保持圍巖的穩(wěn)定性是維護巷道、保證安全的一大關(guān)鍵。（4）道沿空側(cè)小煤柱整體破壞和劇烈變形以及由此而引起的應(yīng)力轉(zhuǎn)移，對巷道頂部和實體側(cè)巷幫造成破壞，是沿空巷道在其服務(wù)期內(nèi)、特別是在受疊加支承壓力影響的工作面超前范圍內(nèi)可能發(fā)生的現(xiàn)象。它將導(dǎo)致巷道維護空間的急劇縮小，甚至煤柱坍塌，頂板垮冒。因此，保持煤柱在大變形下的整體穩(wěn)定性也是巷道維護的關(guān)鍵所在。2.2 巷道斷面和支護參數(shù)設(shè)計東四采區(qū)沿空巷道支護設(shè)計的理論依據(jù)主要是錨桿支護的組合梁理論和懸吊理論，是在采區(qū)全煤實體巷道錨桿支護設(shè)計的基礎(chǔ)上進行優(yōu)化而逐步完成的，其設(shè)計過程采用了動態(tài)信息法。針對巷道的維護特點，經(jīng)過地質(zhì)力學(xué)評估、初始設(shè)

6、計、數(shù)值模擬計算分析，又經(jīng)施工監(jiān)測、信息反饋和多次修正，確定了巷道的錨桿支護設(shè)計和參數(shù)（見圖1）。圖1沿空巷道支護斷面圖巷道設(shè)計寬4200mm、高2600mm，斷面積m2?？紤]到鄰區(qū)殘余動壓的影響以及在巷道服務(wù)期內(nèi)小煤柱的破壞變形（以兩幫發(fā)生位移為主），巷道設(shè)計寬度、高度分別預(yù)留了1400mm和400mm的允變量。支護采用錨、梁、網(wǎng)+錨索聯(lián)合支護。與全煤實體巷道的錨桿支護相比，其頂部增加了一組（2根）錨索，兩幫加大了錨桿的支護密度，錨桿間距由1000mm縮至700mm。錨桿為左旋無縱筋螺紋鋼等強錨桿。頂板錨桿直徑20mm、長2500mm，兩幫錨桿直徑18mm、長1800mm，錨桿間距分別為90

7、0 mm和700mm，錨桿排距均為800mm。用1卷CKZ2370型樹脂錨固劑卷端頭錨固，錨固長度700mm。金屬網(wǎng)為直徑4mm鐵絲編織的菱形網(wǎng)，網(wǎng)目50×50（mm），或直徑4mm鋼絲熱壓接而成的經(jīng)緯網(wǎng)（用于幫部）。頂部和幫部均采用直徑12mm鋼筋焊制而成的鋼筋梯子梁。金屬網(wǎng)、梁的規(guī)格與巷道寬度和高度相匹配。錨索用直徑預(yù)應(yīng)力鋼絞線錨索，長度5200mm，錨固長度1600mm，每根錨索使用2卷Z2380型樹脂錨固劑卷。錨索沿巷道掘進方向每隔（3排錨桿）布置一組，每組2根，分別布置在距巷道幫部處，間距為。在遇見斷層以及跨度較大巷道三、四角門等地段，適當減小錨索排距。3 施工工藝特點針對

8、全煤沿空巷道維護的不利因素，東四采區(qū)沿空巷道聯(lián)合支護的施工主要采取了縮小循環(huán)進尺的控制措施。其循環(huán)進尺由全煤實體巷道的縮至。為及時支護頂板，減小迎頭空頂距離和縮短空頂時間，每掘進一排錨桿的排距即進行支護，使頂部支護緊跟迎頭。其他施工工藝和施工方法與全煤實體巷道大致相同。4 支護效果如前所述，東四采區(qū)全煤沿空掘巷總長度目前已超過7000m。在這些巷道中，支護的效果不盡相同。按照采動影響程度的不同，沿空掘巷可分為三種情況： 在實體煤中掘進，但經(jīng)受相鄰工作面全過程采動影響； 沿不穩(wěn)定的采空區(qū)掘進，經(jīng)受相鄰近工作面的采動影響； 在穩(wěn)定的采空區(qū)邊緣沿空掘進。東四采區(qū)7405軌道巷的掘進經(jīng)歷了上述三種情況

9、的全過程，下面以該巷道為典型實力來進行說明。7405工作面是東四采區(qū)的第二個工作面，與采區(qū)首采工作面7401工作面相鄰。因采區(qū)生產(chǎn)接續(xù)需要，在7401工作面回采結(jié)束前即進行7405軌道巷的施工。因此，7405軌道巷在掘進過程中出現(xiàn)了與7401工作面回采相迎的情況，其平面布置關(guān)系參見圖2。圖27405、7401工作面平面布置圖巷道掘進過程中所進行的現(xiàn)場勘察和數(shù)據(jù)實測表明，7405軌道巷在動壓影響段與壓力穩(wěn)定段的狀況差別極大，其圍巖移近速率和移近量變化見圖3。圖37405軌道巷沿空掘巷圍巖移近曲線4.1 動壓影響段迎回采工作面動壓沿空掘巷段即動壓影響段約500m長，圍巖變形經(jīng)歷了五個階段： 回采工

10、作面超前70m以外，巷道圍巖穩(wěn)定，累計變形量僅數(shù)10mm。 超前3070m范圍，巷道煤柱一幫從底角開始破壞，煤柱顯現(xiàn)變形。 回采工作面附近，巷道變形相對平穩(wěn)，側(cè)向支撐壓力降低。 工作面推過后3050m的范圍巷道顯現(xiàn)第二次劇烈變形。底板臌起，護幫鋼帶嚴重斷裂，兩幫移近量為350450mm，頂?shù)装逡平?60370mm。經(jīng)歷此階段影響，巷道圍巖移近速率明顯降低，平均降低60%以上。 距回采工作面后方100m以外時，巷道變形速率又一次急增，煤柱發(fā)生嚴重塑性變形，局部出現(xiàn)坍塌。煤體向巷道內(nèi)涌出，頂板明顯下沉，中部下沉值達1720mm，兩幫移近量為1410mm。在動壓影響段，由于采用了高性能預(yù)拉力錨、帶

11、、鋼帶和金屬網(wǎng)支護加固頂板煤層和幫角，雙錨索強化頂板，以及高預(yù)拉力鋼絞線桁架支護，強化了圍巖的抗變形能力和整體穩(wěn)定性，所以巷道雖已發(fā)生較大的變形，但支護結(jié)構(gòu)的整體性仍得到維持，經(jīng)局部清挖底板后基本滿足了使用要求。4.2 壓力穩(wěn)定段7405軌道巷進入距回采工作面后方200m以外，煤層采掘間隔時間70天以上之后，巷道圍巖移近量和移近速率都較小，回采前累計移近量在300400mm以內(nèi)。留窄煤柱沿空掘進巷的巷道同在實體煤中掘進的巷道相比，圍巖條件有較大不同。主要表現(xiàn)為圍巖的完整性和自穩(wěn)能力顯著下降，由此可能引起頂煤離層、垮冒以及小煤柱坍塌，因而需采取一定的支護措施。東四采區(qū)沿空掘巷的實踐表明，在穩(wěn)定采

12、空區(qū)沿空掘巷，通過增加頂部錨索、加大兩幫錨桿的支護密度和施工時采取縮小循環(huán)進尺等措施，巷道圍巖的變形能夠得到有效控制，巷道不經(jīng)維修即能滿足回采需要。而在動壓影響帶沿空掘巷，則需采取一些特殊支護措施來控制因頂煤離層、煤柱失穩(wěn)以及采動附加變形所帶來的危害，才能保證安全。7407工作面7411工作面1243（17411運輸巷；27411中間軌道巷；37411軌道巷；47411軌道巷外段）圖47407與7411工作面平面布置圖可見，后一種情況不僅使支護成本大幅度上升，而且也給巷道施工以及日后的維護造成很大難度，因此在協(xié)調(diào)采掘關(guān)系時應(yīng)盡可能避免。目前，東四采區(qū)一般采用掘中間巷的辦法來解決問題。如圖4所示，在施工7411軌道巷時，為避開7407回采工作面的動壓區(qū)，先掘一條中間軌道巷至7407工作面后方的壓力穩(wěn)定區(qū)（距工作面200m以外），待7407工作面結(jié)束、壓力穩(wěn)定之后再施工741