某礦2408工作面沿空留巷支護方案設計

劉志堅

(山西汾西礦業集團公司)

某礦2408工作面標高為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方案進行設計與應用。

1 2408工作面沿空留巷膠帶巷支護設計

1.1 支護設計參數

1.1.1 原順槽支護形式及支護參數

原順槽斷面為矩形，寬4.6 m，高3.9 m。

(1)頂板錨桿(索)支護形式及支護參數。頂錨桿規格為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。護頂金屬網采用菱形金屬網，網孔規格為50 mm×50 mm，長邊搭接0.1 m，每隔0.2 m用14#鐵絲系1扣，每扣扭結不得少于3圈。護頂鋼帶采用“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]。頂錨索規格為φ21.8 mm×6 300 mm，預緊力不宜低于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)煤幫錨桿支護形式及支護參數。幫錨桿規格為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。護幫采用長為10 mm，寬為1 mm的聚丙烯雙抗網，雙向抗拉網長、短邊均搭接0.1 m，每隔0.2 m用14#鐵絲系1扣，每扣扭結不得少于3圈。護幫采用長為2.7 m的四眼圓鋼鋼帶配合幫側錨桿打注。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。原順槽支護形式如圖1所示。

圖1 2408工作面原順槽支護斷面(單位：mm)

1.1.2 沿空留巷加強支護形式

沿空留巷幫部原先的支護形式在回采過程中受到了動壓影響，煤幫出現了一定范圍的塑性區，需要對巷道幫部進行加強支護，留幫側加強支護的錨索規格為φ17.8 mm×4 300 mm，間排距為800 mm×1 600 mm巷道幫部支護方式如圖2所示。

圖2 2408膠帶巷加強支護斷面(單位：mm)

在沿空留巷過程中由于老頂關鍵層的回轉、下沉會導致頂板發生離層和下沉，影響巷道的穩定性。巷內頂板采用錨索梁結構的加固方式進行處理，已經加固的部位不再加固[4-6]。頂板加強支護選用型號為T140桁架鋼帶(長度為4 000 mm)，錨索規格為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膠帶巷頂板加強支護示意(單位：mm)

1.1.3 隔離墻及其結構件的布置方式及參數

沿空留巷隔離墻布置于巷內，墻厚1 000 mm，高4 000 mm，高度隨著工作面的移動隨時調整，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)

隔離墻構件幾何參數及布置方式：①鉸鏈網，規格為RJF40-7×10，長10 m，寬8 m，施工時提前鋪設于支架上，隔離墻巷內外包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，最大高度為4.2 m；③菱形網，網孔規格為40 mm×40 mm，錨柱側滿鋪；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；⑤網孔模板，型號為TMB2×2，網孔規格為100 mm×100 mm，采用φ6.5 mm圓鋼冷拉焊接加工而成，模板規格為1 800 mm×1 500 mm(長×寬)，單體柱側滿鋪；⑥木板梁，規格為2 000 mm×150 mm×10 mm(長×寬×高)，間距為500 mm，巷內布置；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)運輸順槽超前滯后加固。為形成隔離墻安全施工作業空間，避免工作面前后方支承壓力對預留巷道的影響，需要對工作面前后方巷道進行加強支護[7-11]。超前支護設計：在工作面前方50 m處采用π型鉸接頂梁+單體柱，1梁3柱，間距根據巷道內的設備布置情況而定，不宜大于1 000 mm，排距為500 mm。滯后工作面支護結構為：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行架前鋪網，架前網選用鉸鏈網，鉸鏈網總長7 m，外伸入巷道內1 m。緊跟排頭架施工頂、底錨栓，打設錨柱，在隔離墻內輪廓位置打設惠天錨柱，間距333 mm，即1 m 3根。在隔離墻外輪廓位置支設單體液壓支柱，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。在采面側以及排頭架側垂直施工頂、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地錨，地錨外露300 mm。掛設HTT模袋時，從外側錨柱底部開始，每500 mm用鐵絲將模袋羽檐固定1個點，同樣從單體柱內側底部開始，每500 mm 用鐵絲將模袋羽檐固定1個點。在巷內采用單體柱進行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 沿空留巷支護效果

2.1 巷道表面移近量監測

工作面端頭設置第1個測站，隨著工作面的推進，每推進20 m設置1個測站，在各測站斷面內分別在頂、底板和左幫、右幫(采空區側)布置測點。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，頂板移近量和煤幫移近量總體呈現增大趨勢，主要是由于回采動壓的影響，圍巖應力重新分布，頂板暴露面積增加導致巷道變形不斷加大；留巷在20～40 m 范圍內變形增長速度較大，留巷超過40 m后，變形較平穩；頂底板移近量和煤幫最大移近量分別為337，239 mm，能夠保證留巷后的巷道寬度大于2 500 mm。

2.2 頂板離層監測

隨著工作面的推進，在距離工作面滯后40 m處設置觀測站，工作面每推進40 m設置1個測站，共設置了3個測站，編號分別為1#、2#、3#。在各測站內分別布置有深基測點(埋深5 m)和淺基測點(埋深2 m)。分別在各測站頂板中部安設1個離層指示儀，深基點的離層指示儀布置于頂板5 m深處，淺基點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為32 mm，淺部離層值累計為19 mm；2#測站深部離層值累計為28 mm，淺部離層值累計為17 mm；3#測站深部離層值累計為30 mm，淺部離層值累計為18 mm?？梢?，在錨桿、錨索支護作用下，沿空留巷頂板巖層穩定性較好。

圖5 巷道位移變化特征

2.3 隔離墻結構荷載監測

在隔離墻頂部布置壓力計，每20 m布置1個測站。由圖6可知：隨著距離工作面越來越遠，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鍵層回轉下沉，巖層運動越來越劇烈，此時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定，主要是由于巖層運動已經達到穩定，隔離墻上的最大壓力小于C30混凝土的抗壓強度，說明隔離墻不會發生破壞，滿足留巷要求。

圖6 隔離墻載荷變化特征

3 結 語

對某礦2408工作面沿空留巷的支護方案進行了設計，巷內支護頂板采用錨桿+錨索+鋼板鋼帶，留幫采用錨桿+錨索+單托盤的支護方式，巷旁支護采用錨柱網預支撐袋鑄混凝土隔離墻結構進行支護，巷外切頂采用錨柱網條狀集中應力切頂。采用上述方案支護后，巷道頂底板、煤幫變形量較小，工作面后方隔離墻未發生破壞和失穩。