关于10米保安煤柱支护形式的探索

姚俊义苏小强

(1.阳城县人民政府,山西晋城 048000;2.中国矿业大学(北京)资源与安全工程学院,北京 100083)

关于10米保安煤柱支护形式的探索

姚俊义1苏小强2

(1.阳城县人民政府,山西晋城 048000;2.中国矿业大学(北京)资源与安全工程学院,北京 100083)

为了解决二盘区1#和2#瓦斯抽放巷之间10米保安煤柱在将来回采过称中受采动压力的影响易发生上覆岩层破坏、变形的问题,首先对工作面的地质状况进行分析,然后了解巷道支护形式和参数选择原则以及设计原则,最后得出二盘区工作面的支护设计。通过对工作面临时支护和永久支护的具体设计,从根本上排除10米保安煤柱遗留的安全隐患,确保了井下工作人员的安全。

保安煤柱 支护设计 参数选择

煤矿地下开采引起上覆岩层破坏、变形，且可延伸到地表。为了保证地面一些重要建筑物和设施不受地下开采的影响，一般采取留设保安煤柱的方法加以保护[1]。10米保安煤柱存在工作面顶板不稳定的问题[2]，对巷道支护方式要求较高。本文运用巷道支护形式和参数选择原则以及支护设计原则，针对10米保安煤柱的工作面提出一种具体的支护方式。

1 工作面地质概况

二盘区1#、2#瓦斯抽放巷位于井田二盘区内，均为沿顶板布置，1#瓦斯抽放巷计划为3203(上)回采工作面进风顺槽，2#瓦斯抽放巷计划为3201(上)回采工作面回风顺槽，两工作面间净煤柱尺寸为10米，该掘进工作面煤层属比较稳定性煤层，煤层赋存稳定；煤硬度为f=3－4。

2 巷道支护形式和参数选择原则

针对二盘区1#和2#瓦斯抽放巷保安煤柱地质及生产条件，根据中国矿业大学和晋城市煤炭设计室设计并编制的《巷道锚杆支护设计研究报告》，为了充分发挥支护的作用，提出以下几点设计：

(1)巷道顶板增加锚索支护密度。1#、2#瓦斯抽放巷保安煤柱为10米，顶板需要加强支护，由原来顶板“三花眼”布置改为“双锚索”布置，间距不变[3]。(2)1#、2#瓦斯抽放巷之间保安煤柱加强支护[4]。巷道开挖后，靠近周边的围岩由原来的三向受压状态变成了二向受力状态，其强度大大降低，安装锚索、锚杆提供了侧向约束，使岩石恢复到三向受力状态，因此在1#瓦斯抽放巷左帮、2#瓦斯抽放巷右帮利用锚索配合锚杆加强支护。

3 设计原则

3.1 支护参数确定原则

(1)支护设计确保支护安全，避免在服务期间进行维修或仅进行局部维修。(2)支护参数和支护材料规格具有较好的适应性和施工可行性，尽可能采用统一的支护参数和材料规格。(3)支护设计要在保证支护质量的同时有利于提高巷道掘进速度[5]。(4)在满足前三项原则的前提下，做到经济合理。

3.2 支护参数确定依据

(1)已掘巷道现有支护状况和矿压观测数据。(2)理论分析及数值计算成果。(3)二盘区采区工作面详细地质资料。(4)现有科技成果和工程实践经验。

4 二盘区工作面支护设计

二盘区1号瓦斯抽放巷采用树脂加长锚固组合锚杆支护，并进行锚索补强。

4.1 临时支护

前探梁采用Φ76mm金属钢管制作，长度3.0m，用树脂锚杆和吊环固定，吊环采用16#圆钢制作，每根前探梁不少于2个吊环；吊环用配套的锚杆螺母固定，所用树脂锚固剂不少于2块，锚固力不小于80kN/根；前探梁最大控顶距离1.2m。前探梁数量为两根，每根前探梁两个吊点。采用金属前探梁为临时支护[6]，打注锚杆必须在前探梁掩护下进行；割煤后，由一人监护、一人站在安全地点用长柄工具找净顶部浮煤(矸)活石，然后向前联接铁丝网，保证与前网片搭接不少于15cm，确认合格后，然后向前串移前探梁，前探梁上方放好背板，背板上边铺有铁丝网，并用背板、木刹把顶板和前探梁接实，起到超前支护的作用；临时支护完成后根据工作面掌头煤帮情况打注木锚杆进行临时支护，预防在作业期间工作面掌头出现片帮隐患，所打木锚杆至少两组，如工作面掌头煤质较软或存在“油口”时，可多打木锚杆进行临时支护，确保安全；其木托盘规格为：长1～1.2m，宽15～20cm，厚8～10cm。

4.2 永久支护

采用树脂加长锚固组合锚杆支护，并进行锚索补强。

(1)顶板支护；掘进时顶板采用树脂加长锚固组合锚杆支护，锚索补强。锚杆的形式和规格：选用目前最常用的MSGLW-335/20× 2000型，无纵肋螺纹钢式树脂锚杆金属杆体，长度为2000mm(± 10mm)，极限抗拉强度≥490MPa，屈服强度≥335MPa，延伸率≥15%；杆体尾部螺纹承载力≥105KN，采用滚压加工工艺成型。

托板：采用拱形高强度铁托板，力学性能和锚杆杆体配套，规格为130×130×8mm，托盘承载力≥105KN。钢筋梯规格：选用直径为12mm的钢筋来制作钢筋梯。顶板钢筋梯长度3800mm，宽度80mm，限位孔间距900mm；网片规格：采用12#铁丝编制的金属网护顶，使用的网片规格为1200×6000mm，网孔规格均为50×50mm的菱形网。锚固方式：树脂加长锚固，顶板每根锚杆选用MSCK2335(一卷)、MSZ2360(一卷)的树脂锚固剂，一卷为超快速，另一卷为中速。锚杆的锚固长度0.9m，锚杆安装的预紧力矩不低于120N.m。锚杆布置：巷道前20米锚杆排距为900mm，每排6根锚杆，间距为900mm；20米后锚杆排距为900mm，每排5根锚杆，间距为900mm。锚杆角度：靠近巷帮的顶板锚杆安设角度与铅垂线成30°，其余的垂直于顶板。锚索：巷道开口前20米，顶板锚索采用“五花眼”布置，排距为1.8m(两排锚杆)，对于任意相邻的两排锚索，第一排为三个锚索，另一排为两个锚索；巷道在掘进20米后，顶板锚索改为呈“双锚索”布置，排距为1.8m(两排锚杆)；本工作面所安设锚索型号为：SKP15-1/1860，规格为：φ15.24×8300mm；每根锚索采用MSCK2335(两卷)、MSK2360(两卷)两种速度的树脂药卷进行锚固，安装预紧力不低于100kN，不高于120kN；锚索托盘为300mm×300mm×16mm的方形钢板，其中心孔径为20mm；如在掘进过程中如顶板较破碎，可适当加打锚索或缩小支护距离进行加强支护[7]。

(2)巷帮支护；锚杆的形式和规格：左(右)帮与顶板一样的钢锚杆进行支护，选用目前最常用的MSGLW-335/20×2000型，无纵肋螺纹钢式树脂锚杆金属杆体，长度为2000mm(±10mm)，极限抗拉强度≥490MPa，屈服强度≥335MPa，延伸率≥15%；杆体尾部螺纹承载力≥105KN，采用滚压加工工艺成型；巷道在掘进40米后，巷道右(左)帮采用MGSL20/2000F，20#玻璃钢锚杆，长度为2000mm(± 10mm)进行支护，顶锚杆与左帮锚杆不变。托板：钢锚杆采用拱形高强度铁托板，力学性能和锚杆杆体配套，规格为130×130×8mm，托盘承载力≥105KN；玻璃钢锚杆采用拱形高强度塑料托板，力学性能和锚杆杆体配套，规格为120×10mm，托盘承载力≥70KN。钢筋梯规格：两帮钢筋梯长度2600mm，宽度80mm，限位孔间距800mm。采用直径为φ12mm圆钢焊接而成。网片规格：采用12#铁丝编制的金属网护帮，使用的网片规格为1200×6000mm，网孔规格均为50× 50mm的菱形网，与上层网片搭接上都不少于15cm，且保证搭接长度及强度符合规定。锚固方式：树脂加长锚固，巷帮每根锚杆选用MSCK2335(一卷)、MSZ2360(一卷)的树脂锚固剂，一卷为超快速，另一卷为中速。锚杆的锚固长度0.9m，锚杆安装的预紧力矩不低于100N.m/40N.m。锚杆布置：巷帮锚杆排距为900mm，每排每帮4根锚杆，间距为800mm。锚杆角度：靠近顶、底板的巷帮锚杆安设角度与水平线成30°，其余的垂直巷帮。为保证将来布置回采工作面在回采过程中受采动压力影响，决定在巷道掘进过程中每隔2.7米(三排锚杆)，在其巷道左帮与2号瓦斯抽放巷用锚索进行加强支护，所支设锚索呈“三花眼”进行布置，且必须保证1#、2#瓦斯抽放巷错开布置，锚索安装角度与煤壁呈37度夹角，其中一排布置一根锚索位于左(右)帮正中，距顶底板各1.4米，另一排布置两根锚索，距顶底板各0.4米，所安设锚索型号为：SKP15-1/1860，规格为：φ15.24× 10300mm；锚索托盘为300mm×300mm×16mm的方形钢板，其中心孔径为20mm，采用锚索两头各安设锁具进行安装。

5 结语

采用包括试验点调查和地质力学评估、初始设计、井下监测和信息反馈、修正设计和日常监测的动态信息设计方法，才是符合井下巷道围岩特性的科学的设计方法。临时支护与永久支护一起作用，从而消除10米保安煤柱存在的工作面顶板及巷道不稳定的安全隐患。支护后应不间断进行监测，保证巷道安全。

[1]韩炎斌,刘雅俊,等.简化保安煤柱的留设方法[J].煤,1998(3):56-57.

[2]W.豪普特,F.朔贝尔,A.施罗卡,冯克浦.关于保安煤柱和保护范围尺寸的确定[J].矿山测量,1985(2).

[3]马建荣,齐海泉.锚杆支护巷道冒顶事故分析及预防措施[J].科技资讯,2008(1).

[4]康红普.邻近开巷卸压法维护软岩大断面硐室的研究与实践[J].岩石力学与工程学报,1993(1).

[5]康红普,姜铁明,高富强.预应力锚杆支护参数的设计[J].煤炭学报,2008(7).

[6]王瑞涛,郭克宝,邓重青,曾庆科.浅谈掘进工作面临时支护的改进[J].山东煤炭科技,2008(5).

[7]杨更社.软岩巷道锚喷支护施工的实践[J].河北煤炭,1990(3).

姚俊义(1974—),男,山西晋城人,本科,毕业于山西矿业学院,通风工程师和注册安全工程师,现就任山西省阳城县政府县长助理,研究方向:现场管理,矿井通风;苏小强(1933—),男,内蒙古鄂尔多斯市人,硕士研究生,就读于中国矿业大学(北京)安全工程专业,研究方向:安全管理,矿井通风,瓦斯爆炸。