孤岛煤柱应力集中区巷道布置改造及支护技术研究①

王思 王殿录 申磊 王建民

(冀中能源峰峰集团大淑村矿，河北邯郸 056002)

孤岛煤柱应力集中区巷道布置改造及支护技术研究①

王思②王殿录 申磊 王建民

(冀中能源峰峰集团大淑村矿，河北邯郸 056002)

冀中能源峰峰集团大淑村矿－450m水平原东翼三条大巷处于174102、172102工作面和174104、172104工作面中间的孤岛保护煤柱下方，三条大巷均采用锚网索喷支护、局部穿煤段采用U36支架加锚网喷联合支护，应力集中现象明显，巷道变形破坏严重，虽已加强支护并返修多次，但巷道围岩变形仍严重，无法保证正常安全使用。在充分论证和分析后将－450m水平原东翼三条大巷布置在174102和172102工作面采空区下方，只有在172102工作面停采保护煤柱下方应力集中范围内巷道围岩变形较严重，通过维修和加强支护后，巷道基本稳定，其他位置巷道较稳定。

孤岛煤柱;应力集中区;巷道布置;巷道支护

1 工程概况

1.1 工程背景

冀中能源峰峰集团大淑村矿位于峰峰矿区东北部，地处河北省武安市、磁县和峰峰矿区接壤地带，。井田东西走向长4.8km，南北平均宽约2.0km，井田面积9.7568km2。2003年12月23日正式投产，设计年生产能力90万t，2006年生产能力核定为125万t/年。目前大淑村矿生产水平为－450m，分东一、西二两个生产采区，东三、南四两个开拓准备采区。

东翼正巷、副巷、皮带巷位于东翼一采区，三条巷道其南侧为174102、172102采空区，其北侧为174104、172104采空区，东以一、三采区隔离煤柱为界，西以工业广场保护煤柱线为界，三条大巷平面间距为30m，距采空区50～60m，三条大巷均位于孤岛煤柱下方，如图1所示。

图1 东翼大巷位置关系图

原东翼三条大巷均采用锚网索喷支护、局部穿煤段采用锚网喷+U36型钢支架联合支护，东翼副巷原设计规格为净宽4.6m、净高3.5m、净断面积15m2;东翼正巷、皮带巷断面规格均为净宽4.4m、净高3.4m、设计净断面积14.5m2。三条大巷断面形状均为直墙半圆拱形，墙高1.3m。

1.2 原东翼大巷破坏及整修情况

原东翼三条大巷施工后巷道变形破坏严重，表现为巷道底鼓严重、断面缩小、锚杆锚索破坏、U型钢支架破坏等。

原东翼副巷于2004年11月开工建设，总长度993m，2007年3月竣工，在此期间进行了三次大规模整修。第一次是2006年5～9月，因施工期间巷道后路底鼓、变形严重影响安全而被迫停止施工，进行整修;第二次整修是2008年3～9月，费时6个月，再次整修巷道265m;2009年3～5月又对巷道160m失修严重地点进行整修，三次整修均采用锚网喷索联合支护。截止到2010年1月又有近300m巷道严重失修，现最小断面仅为3.12m2两帮收缩及底鼓量达到了2m。

原皮翼皮带巷于2007年5月完工，总长度为994m。进行过两次整修，2008年6～9月对第一联络巷以东约470m巷道进行整修;时隔半年该段巷道再次变形、底鼓、砼层开裂，又于2009年8～11月进行了第二次整修，两次整修均采用锚网喷+锚索联合支护。截止到2010年1月东翼皮带巷约120m巷道变形严重底鼓达1.1～1.3m，最小断面仅为3.6m2，巷道顶部下沉，砼层开裂严重，人员行走困难，不整修难以保证行人安全。

原东翼正巷总长975m，自2006年10月完工以来，已进行了多次返修。2006年11月～2007年3月，历时5个月对大巷采用了锚网喷+U36型钢支架+壁后围岩注浆联合支护措施，U36型钢支架棚距为0.8m锚索采用Φ21.6mm的高强度锚索、锚索之间加Φ16mm的梯子梁，锚杆型号为Φ22mm，L2400mm，而且在外段100m巷道采取了底板自钻式锚杆注浆加固和打底角锚杆等加固措施。到2008年7月底东翼正巷由于底鼓、U钢支架扭曲变形、砼层开裂、水沟多处损害、巷道多处积水，电机车无法正常运行，被迫停止三采区下山延伸工程施工。从2008年8月开始至今已经进行了两次整修，现巷道最小断面仅为7m2。

2 对-450m水平原东翼大巷进行改造的必要性与可行性分析

2.1 必要性分析

－450m水平原东翼三条大巷失修变形严重的原因主要有：(1)孤岛煤柱影响：三条巷道两侧的2#及4#煤层均已开采，其所在区域属于孤岛煤柱形成的应力集中区;(2)大松动圈影响：三条巷道进行多次整修，导致巷道围岩松动范围扩大，锚杆、锚索较难锚固在稳定围岩当中，难以有效发挥锚网索的作用;(3)构造和地应力影响：巷道所处地质条件较差，地质构造较多使得巷道变形破坏严重。

－450m水平原东翼三条大巷失修的严重后果：(1)维修费用高，整修困难：三条巷道自2007年初建成以来到2009年底，三年时间先后对其进行了多次大范围的整修，共整修巷道约2400m，整修费用约为8000元/m，共计花费资金约1920万元，平均每年需投入资金640万元。按此计算，－450m水平东翼大巷的服务年限为20年，共需投入资金12800万元，投入资金巨大。(2)影响地区衔接：严重影响通风、运输、行人安全。每年都要安排三组施工队伍对三条大巷进行整修。且回风巷整修期间，三采区轨道巷、皮带巷、回风巷三条准备巷道需全部停止施工，严重影响三采区的正常采掘活动。因此有必要对东翼三条大巷进行优化布置。

2.2 可行性分析

目前国内外减少巷道破坏的方法主要有：(1)合理选择巷道位置：一般选择在较为稳定、应力情况简单的岩层中，或布置在泄压带内，以减小巷道围岩压力;(2)加强巷道支护力度：一般采用锚网索喷套加U型钢，配合围岩注浆以及底板锚注等联合支护方式。

根据南翼轨道巷、皮带巷两条大巷在采空区下布置的成功经验，考虑在172102及174102工作面采空区下重新布置东翼轨道巷、皮带巷、回风巷三条大巷，如图1所示。根据井下现有的巷道布置情况，三条大巷均能较合理的与现有生产系统衔接，在三条大巷掘进期间，加强对原东翼正巷的维修，利用原东翼回风巷和1#填矸巷作为三采区的回风通路，可保证三采区三条下山在三条大巷掘进期间能够正常施工。因此重新布置三条大巷从技术上是可行的。

－450m水平三条大巷整修与改造及经济效益分析与比较：－450m水平新东翼大巷设计总工程量为4112m，掘进及支护费用平均在1万元～1.3万元/m，需投入资金约5000万元，机电设备及其它投入共计需6000万元。大巷布置在采空区下不会产生严重破坏变形，但局部不可避免的会出现较严重变形失修，预计年整修工程量约200m，整修费用8000元/m，每年约投入资金160万元，在服务年限内(按20年计算)整修费用共计3200万元。大巷改造及改造后巷道维修费用与维护原三条大巷费用相比，可节约资金3600万元。而且改造后可以解放孤岛煤柱，增加可采储量100余万t，有效的缓解矿井衔接紧张的局面，为企业可持续发展创造有利条件，可带来巨大的经济、安全及社会效益。

3 -450m水平新东翼大巷改造方案

3.1 新东翼三条大巷布置

改造－450m水平新东翼轨道、皮带、回风三条大巷沿172102及174102工作面采空区下布置，如图1所示，巷道具体布置方式如下：

新东翼轨道巷：从东一采区轨道上山下部车场15#经纬点前32.6m处按130°方位+0.26°(+ 4.5‰)坡开口，开口后掘进75.6m拐线按79°方位掘进576.6m与南正巷贯通;巷道贯通后继续按79°方位+0.17°(+3‰)坡掘进290m(与南正巷贯通后巷道掘至65m时将穿过174102工作面采空区)，到拐线位置按29.1°方位拐线掘进91.1m后按曲率半径30m圆心角133.3°拐弦，掘进58.2m与三采区轨道下山贯通。

新东翼皮带巷：从东一采区皮带上山6#经纬点前3.7m处按79°方位+3°坡掘进99.8m后取平掘进50m，然后按－4°坡掘进286.5m后取平掘进131.8m与南翼皮带机道贯通;巷道贯通后继续按79°方位+3°坡掘进80m后取平掘进100m (巷道取平后将穿过174102工作面采空区)，然后按－1°坡掘进200m至拐线位置，拐线后与东翼皮带机道三采区煤仓下口贯通。

新东翼回风巷：从东一采区回风上山10#经纬点按75.9°方位开口掘进194.2m穿过4#煤拐线，拐线后按79°方位取平掘进104.6m后按+ 16°起坡掘进143.3m(此段巷道掘进期间将穿过4#煤层)，掘至距2#煤底板16m位置，然后巷道按走向煤岩层倾角布置掘进766.4m至拐线位置，拐线后与三采区回风下山贯通。

3.2 大巷断面设计

新东翼轨道巷：设计巷道断面为直墙半圆拱形，巷道净宽4.6m，净高3.8m，设计净断面15.2m2。巷道采用锚网索喷支护形式，穿过野青采空区时，采用锚网索喷+U36型钢支架+壁后围岩注浆的联合支护形式。

新东翼皮带巷：设计巷道断面为直墙半圆拱形，巷道净宽4.4m，净高3.7m，设计净断面14.2m2。皮带机头巷道净宽4.6m，净高3.8m，设计净断面15.2m2。巷道采用锚网索喷支护形式，穿过野青采空区时，采用锚网索喷+U36型钢支架+壁后围岩注浆的联合支护形式。在对应172102停采线前方50m及后方20m共计70m范围内，除了采用锚网喷支护外，还采用了中国矿业大学(北京)研制的高支护强度的钢管混凝土支架支护技术。

新东翼回风巷：巷道为直墙半圆拱形，外段巷道净宽4.8m，净高3.9m，设计净断面16.2m2。进入泄压区内巷道净宽4.6m，净高3.8m，设计净断面15.2m2。巷道采用锚网喷+锚索支护形式，穿4#煤层时，采用锚网索喷+U36型钢支架的联合支护形式。

3.3 大巷支护方式及参数

岩巷支护：巷道采用锚网喷+锚索联合支护。喷厚100mm的C20砼。锚杆为Φ22mm，L2400mm的高强度螺纹钢树脂锚杆。锚杆间排距均为700mm，交错排列。托盘使用专用锚杆钢托盘。每根锚杆注5支2345型树脂药卷。单根锚杆设计锚固力不小于120KN，锚杆预紧力矩140Nm以上。挂Φ6.5mm钢筋网，网孔为150× 140mm，规格1.5×0.8m，网片搭接长度100mm。锚索使用Φ21.6mm，L7000mm钢绞线，间距1.6m，排距2m，每排布置3根锚索。

穿煤层巷道支护：新东翼轨道巷穿4#煤掘进31.7m，新东翼皮带巷穿4#煤掘进50m，新东翼回风巷两次穿4#煤共计44m，三条巷道共计126m，巷道采用锚网喷+U36型钢支架联合支护形式。U36型钢支架间距为800mm，由4节组成，每架配7副卡缆(顶部3副，两肩各2副)及200×150× 12mm钢板底座两块，搪材间距为400mm;锚网喷支护参数同岩巷支护参数。

未进入泄压区下巷道支护：新东翼轨道、皮带、回风三条巷道，未进入采空区下100m巷道支护采用锚网喷+锚索+围岩注浆联合支护。具体支护方式为：首先对巷道进行锚网喷+锚索支护，其支护参数同岩巷锚网索支护参数。然后对巷道顶板进行水泥浅部注浆(孔深2.5m)，对巷道顶帮进行深部化学注浆加固(孔深8m)，对巷道底板实施注浆组合锚索(孔深12m)。对巷道浅部注浆选用水泥+水玻璃浆加复合添加剂。对围岩深部使用高分子化学浆—德克因进行锚固，该材料其具有较好的渗透性、较高的粘合力和较强的机械性能，与地层有较强的亲和力，固结体的柔韧性能承受一定的地层变形。材料注入地层以后，低粘度混合物保持几秒钟，渗透进细小的裂缝，将受注体更好地胶结为一个整体，对巷道围岩起到有效的固结作用。

穿野青采空区支护：新东翼轨道巷穿野青采空区26.8m巷道，新东翼皮带巷穿野青采空区20.8m巷道，揭露采空区前20m，以及过采空区后20m(两条巷道共计128m)使用锚网喷+锚索+围岩注浆+U36型钢支架联合支护。锚网喷+锚索支护参数同岩巷锚网索支护参数;围岩注浆采用注双液浆(水泥+水玻璃)，巷道全断面注浆; U36型钢支架间距为700mm，由4节组成，每架配9副卡缆(顶部3副，两肩各3副)及200×150× 12mm钢板底座两块，搪材间距为400mm。

4 -450m水平东翼大巷改造效果

目前－450m水平新东翼三条大巷都在掘进过程中，三条大巷均已经掘至172102工作面的采空区下方。由于172102工作面停采保护煤柱下方属于应力集中区，因此在172102工作面停采线下方附近巷道变形较严重，其他位置巷道均较稳定。目前已经对新东翼轨道巷的应力集中范围进行了整修，对皮带巷的应力集中范围采用了中国矿业大学(北京)研制的高支护强度的钢管混凝土支架支护技术，目前巷道稳定，没有出现明显变形破坏。

5 结语

通过对于大淑村矿的巷道布置方式研究可知，在泄压带内进行泄压的方式来进行布置，比较符合本矿井的实际情况。通过在174102采空区的泄压带内进行泄压，来达到减小巷道的围岩的压力的目的，实际的生产证实这个方法效果非常的理想，不仅使矿井的安全生产环境得到了很大的改善，同时也解放了保护性的煤柱，提高了矿井的生产量。

［1］刘奎，刘长友，李德文，等.超长综放孤岛面矿压规律及支架适应性研究［J］.采矿与安全工程学报，2007，24(1)：84－87

［2］霍灵军，王晨，黄汉富，等.小煤柱二次承压巷道的矿压显现规律研究［J］.矿山压力与顶板管理，2002，19(2)：78－80

［3］侯保青.浅探近距离煤层开拓巷道的联合布置［J］.中州煤炭，2011，(1)：41－42

Isolated island pillar stress area roadway in dashucun mine optimization layout modification and support

WANG Si，WANG Dianlu，SHEN lei，WANG Jianmin

(Jizhong Energy Fengfeng，Mig DaShucun Mine，Handan Hebei056002)

Fengfeng Jizhong energy group Dashucun mine－450m levels in former East Wing three lane in 174102，172102，and 174104 working face in 172104 working face of the protective coal pillar beneath the middle island，three lane using the anchor rope supporting in coal，local section of the use of U36 bracket plus anchor net combined support，stress concentration phenomenon is obvious，the roadway deformation destruction，although already reinforced support and repaired many times，but the roadway surrounding rock deformation is serious，cannot ensure the normal and safe use of.In the full theory and analysis of evidence after the 450m level in former East Wing three roadway layout in the 174102 and 172102 working face goaf below，is currently driving construction process，only in 172102 working face mining stopped protective coal pillar stress concentration range below the roadway surrounding rock deformation is more serious，the repair and reinforcement after supporting the roadway，basically stable，the other position roadway stability.

isolated coal pillar;stress concentrated area;roadway layout optimization;roadway support

TD353

A

1672－7169(2011)04－0010－4

2011－09－15

王思(1970－)男，河北临漳人，采矿工程师，冀中能源峰峰集团大淑村矿安全副矿长。