特厚煤层综放面临空回风巷支护技术

黄 慧

（太原煤炭气化（集团）有限责任公司华实公司，山西 太原 030024）

1 工程概况

同忻矿3盘区8305综放工作面位于8307综放工作面采空区南部，5305回风运料巷沿空掘巷，巷道平面布置如图1所示。5305巷对应地面位于银塘沟村东部，地表地形复杂，地面沟谷有泉子沟、长畛沟，地形以坡地为主。地面相对标高1338.0～1396.0m，地面无径流水体，无建筑物。5305巷东部为三盘区三条盘区大巷，北部为8307工作面，于2016年2月开采，2016年9月结束，西部至银塘沟保护煤柱，南部为实煤区。侏罗系14-2#煤层与石炭系3～5#煤层层间距为184～216m。

该巷煤层厚度为7.24～17.98m，平均厚度为13.76m。煤层倾角为1°～2°，平均1.5°。厚度较稳定，煤种为1/3焦煤，以半亮型煤为主，半暗型次之，弱玻璃光泽—玻璃光泽。块状、内生裂隙发育，夹有镜煤条带、块状、易碎，夹矸7层。岩性为黑色泥岩、炭质泥岩，厚度一般为0.28～0.48m。5305巷所在煤层围岩板情况如表1所示。

图1 5305回风巷道平面位置图

2 沿空掘巷煤柱宽度及支护方案确定

同忻矿8307综放工作面采空区稳定后，侧向支承压力影响范围内应力降低区的宽度14.30～15.40m左右，8305综放工作面5305回风运料巷沿空掘巷的宽度为5.5m，为了保证沿空巷道处于应力降低区范围内，小煤柱最大宽度为8.80m。当然，护巷煤柱越小，应力影响越小，随之而来的就是隔绝采空区瓦斯、水，防止漏风效果越差。为了保证安全生产，结合邻近塔山矿的小煤柱护巷留设经验，确定护巷 小煤柱宽度6.00m。

表1 5305巷所在煤层围岩板情况

沿空掘巷总体支护方案为：锚杆、组合锚索、W钢带、JW型高强度钢带、金属网联合支护，对8305综放面5305临空回风巷进行全断面喷射混凝土加固，可以有效防止相邻工作面采空区有害气体的侵入危害。

3 巷道支护设计

3.1 锚杆、锚索长度的确定

（1）锚杆长度的确定

式中：

L1-锚杆的外露长度，一般取0.1m；

L2-锚杆的树脂锚固长度，取0.90m；

L3-锚杆的有效长度。

L3=kB/2f

式中：

k-安全系数，取2；

B-巷道掘进宽度，5.50m；

f-煤岩坚固性系数，取3.7。

代入式(1)得出L=2.48m，施工选择采用锚杆长度2500mm、Ф=22mm左旋无纵筋螺纹钢锚杆，满足设计要求。

（2）锚杆间排距（D）确定

将参数代入式（2）计算得出D≤1.25m，在此基础上，结合工程类比和极大部分矿区锚杆支护经验确定锚杆支护的间排距为：900×900mm。

3.2 锚索支护参数确定

（1）锚索长度确定

式中：

L1-锚索安装时树脂锚固剂与钢绞线的粘接长度，取1.50m；

L2-锚索自由段长度，取3.0m；

L3-锚索张拉端长度。

L1=kNt/πdτα

式中：

k-安全系数，取2；

Nt-锚索设计载荷，不小于250kN；

d-预应力钢绞线直径，选择22mm；

τα-锚固剂与钢绞线粘结应力，为10N/mm2。

将参数代入L1表达式计算得出724mm，实际锚固长度选择1.50m，满足要求。

式中：

L3' —锚索外露长度，取0.30m；

L3"—托盘和锚具的厚度，取0.20m。

则L3为0.50m。

代入式（3）得出L=5.0m，施工选择锚索长度6300mm和8300mm两种规格，满足设计要求。

（2）锚索间排距确定

锚索排距一般不大于锚索长度的一半，为保证支护安全，锚索最小长度为6.30m，排距取2.70m。

（3）每排锚索数目确定

式中：

N-每排锚索根数；

k-安全系数，取1.5；

P断-锚索的最小破断力，不小于260.7kN；

W-被悬吊加固围岩的自重，kN。

式中：

B-巷道掘进宽度，5.5m；

∑h-悬吊煤岩厚度，取3.0m；

∑r-悬吊煤岩平均容重，取14.5kN/m3；

D-锚索排距，2.70m。

代入式（5）计算得W=645.98kN。由式（4）计算得N≈3.72根。由分析计算结果，锚索排距2.70m，每排布置六根锚索，间距900mm，满足安全要求。

3.3 巷道支护参数

（1）顶板支护

锚杆选择左旋无纵筋螺纹钢锚杆（规格Ф22-M24-2500），屈服强度不低于500MPa。每排6根锚杆紧固W型钢带（BHW5000×280×4-900-6），距巷道两帮500mm各安装1根锚杆，杆体与水平面的夹角75°，其他4根锚杆垂直巷道顶板安设，排距900/1800mm，锚杆间距900mm，以巷道中心线对称布置，配合150×150×10mm可调心钢托板。间隔2排锚杆布置一排锚索，锚索排距2700mm，间距900mm，锚索规格分别为Ф21.8-1×19-8300mm、Ф21.8-1×19-6300mm预应力钢绞线，配合JW钢带5000×330×6、顶锚索托盘。两种规格的锚索交替布置，每排布置6根。

组合锚索采用Ф21.8钢绞线，由5根锚索组成。中间长10300mm，两角分别是2根8300mm钢绞线、2根6300mm钢绞线，对角布置，组合锚索托盘为600×600×16mm，间排距为2700×2400mm。

角锚索采用Ф21.8-1×19-5300mm预应力钢绞线配合600mm短节工字钢配合300×300×14高强度拱形托板布置。每1800mm施工一对。

（2）巷帮支护

① 帮锚杆

采煤帮：帮锚杆采用Ф22-M24-3000mm左旋无纵筋螺纹锚杆支护，第一排、第四排锚全部为锚杆，第二排、第三排与锚索间隔布置。帮支护间排距为900×900mm。

煤柱帮：帮锚杆采用Ф22-M24-3000mm左旋无纵筋螺纹锚杆支护，第四排锚全部为锚杆，第二排、第三排与锚索间隔布置。帮支护间排距为900×900mm。

帮锚杆配合使用W钢护板450×280×4.75mm，托盘为150×150×10mm高强度拱形托盘。

② 帮锚索

煤柱侧：采用Ф17.8-1×7-4300mm预应力钢绞线配合300×300×10mm高强度拱形托板联合布置，第一排全部以第二排、第三排帮支护与螺纹钢锚杆间隔布置。间排距为900×900mm。

采煤侧：采用Ф21.8-1×19-5300mm预应力钢绞线配合300×300×14mm高强度拱形托板联合布置，在第二排、第三排帮支护与螺纹钢锚杆间隔布置，间排距为900×900mm。另距底板3100mm处施工一排帮锚索，采用Ф21.8-1×19-5300mm预应力钢绞线配合JW钢带2300×330×6mm、200×200×12mm高强度锚索专用托盘联合布置，间距为900mm。

5305巷全断面铺金属网，全断面范围内喷浆厚度为100mm，巷道底板铺底厚250mm。巷道支护断面图如图2所示，顶板支护平面图如图3所示。

图2 综放面5305巷支护断面图

图3 综放面5305巷顶板支护平面图

4 结 语

同忻煤矿开采石炭纪特厚煤层，一直沿用38～45m的宽煤柱护巷，造成了大量的资源浪费，回采巷道矿压显现也比较强烈，巷道变形收缩率高，严重影响综放工作面的安全正常生产。为了提高煤炭回采率，降低开采损失[1-2]，提出了6m宽小护巷煤柱方案，并进行了具体的支护方案设计，经工程实践验证，取得了良好的经济效果。