单一中厚煤层沿空留巷巷修工艺及支护方案研究

郭贡献

（河南能源化工集团永煤公司陈四楼煤矿，河南 永城 476600）

陈四楼煤矿目前已开采22年，采掘接续问题逐渐显现。目前，沿空留巷技术成为解决矿井采掘接续矛盾的关键环节。在沿空留巷过程中，由于受深部厚层软弱复合顶板影响，一些采用沿空留巷技术的巷道没有取得预期的效果，留巷变形严重，无法满足回采要求，需要进行巷道维修施工后方可投入使用。2802下顺槽（巷修）通过一系列的工艺创新，采用综掘施工工艺，实现了单一中厚煤层切顶沿空留巷巷道的快速维修，缓解了矿井采掘接续矛盾。

1 工程概况

2802下顺槽位于陈四楼煤矿八采区，设计长度为1405mm。沿二2煤层掘进，煤层倾角1～17°，平均5°，整体坡度较缓。巷道为梯形断面，巷道规格：净宽×净高=4400×2600mm。巷道中心净高不低于2.6m，底板施工成水平。2802下顺槽沿二2煤层掘进，煤层最大厚度3.07m，最小厚度1.97m，平均厚度2.75m。

表1 煤层顶底板情况

2802下顺槽巷道采用锚网带支护，三排锚索梁配合恒阻锚索加固，经切顶爆破沿空留巷后，巷道宽度为2.5～3.2m，高度为1.4～2.5m。巷道左帮为留巷侧，帮部采用张拉钢丝绳张拉支护，同时巷道采用单体液压支柱配3.8m长π型梁加固，一梁四柱形式，其中左帮两个单体柱并列支护，其余单体柱间排距为800×800mm。

目前，2802下顺槽断面已无法满足下一个工作面设备安装及回采要求，需进行巷道维修，维修长度1150m。

图1 2802下顺槽翻修平面布置示意图

图2 2802下顺槽巷道维修前巷道断面支护示意图

2 巷修工艺

（1）2802下顺槽自车场口开始向里进行扩帮，扩帮长度1150m，扩帮宽度1.8m，扩帮后扩帮侧巷帮与原巷道中心线距离为2950mm，要求扩帮后巷道宽度不低于4.2m，不超过4.6m，高度不低于2.7m。扩帮前期采用人工手镐扩帮，人工将煤、矸攉至刮板输送机上运出。

（2）自车场口向里扩帮30m后，在巷道内安装一部DSJ80/40/2×75胶带输送机，同时在巷道内安装一部掘进机及一部桥式转载机，采用掘进机截割并自行装煤至胶带输送机上将煤运出。

（3）扩帮前，应先拆除原扩帮侧的高强锚杆、金属网和锚索，拆除时必须自上而下进行。超前扩帮段在原巷道顶板向测量中心线左侧偏移710mm（1760mm）布置一排锚索梁加固，锚索梁顺巷道方向布置，每3根π型梁使用一根锚索梁索好，锚索梁超前加固好后，保持巷道最左侧单体液压支柱不动，拆除其余三根单体液压支柱，然后一次扩帮、拉底到位，巷道最左侧单体液压支柱处底板回柱后采用人工拉底。

（4）扩帮段锚网支护后，在巷修段巷道顶板平行钢带方向布置锚索梁加固。加固前将超前支护的π型梁梁端使用Φ6mm钢丝绳固定在巷道顶板上，退掉锚索锚具。在加固锚索同一断面平行于钢带方向布置4m锚索梁加固，锚索梁以退锚具的锚索为基准布置，即该锚索穿入锚索梁从左至右第三（二）个眼内。

（5）待巷道锚索梁加固结束后，拆除巷道最左侧单体液压支柱，回掉顶板原抬棚π型梁。

（6）扩帮后，使用液压剪将原支护帮锚杆、帮锚索剪断，剪断后锚杆、锚索外露不超过100mm。

3 支护设计

3.1 临时支护

使用轻型单体液压支柱配合π型梁式临时支护形式。

（1）扩帮期间采用两组临时支护装置进行临时支护，每组临时支护装置为两根轻型单体液压支柱配一根π型梁，具体临时支护参数见图3。

（2）临时支护装置所需供水水压计算：

① 临时支护装置需要支撑的岩石重力为：

Rmax=γLBH=20×1.8×1.8×0.23=14.9kN

式中：

Rmax-轻型单体液压支柱需要支撑的岩石重力，kN；

γ-支撑岩石的体积力，取20kN/m3；

L-临时支护长度，取1.8m；

B-巷道扩帮宽度，取1.8m；

H-冒落拱高度，m；

H=B/2f=1.8/（2×4）=0.23m；

其中：

B-巷道掘进宽度，1.8m；

f-岩石坚固性系数，砂质泥岩取4.0。

② 轻型单体液压支柱需要的供水水压为：

P=Rmax/[nπ（d/2）2]

=14.9×103/[4×3.14×（0.1/2）2]=0.48MPa

式中：

P-轻型单体液压支柱需要的供水水压，MPa；

n-π型梁上打设的轻型单体液压支柱根数，4根；

d-轻型单体液压支柱柱体的直径，取0.1m。

③ 巷修工作面供水水压P供＞P，因此，巷修工作面轻型单体液压支柱的供水水压能满足临时支护使用要求。

图3 2802下顺槽扩帮前探梁临时支护三视图

3.2 支护参数设计

（1）按悬吊理论计算顶锚杆参数

① 锚杆长度计算

L=KH+L1+L2

式中：

L-锚杆长度，m；

H-冒落拱高度，m；

H=B/2f=4.6/(2×4.0)=0.58m；

式中：

B-巷道宽度，取4.6m；

f-岩石坚固性系数，砂质泥岩取4.0；

K-安全系数，一般取K=2；

L1-锚杆锚入稳定岩层的深度，一般按经验取L1=0.4m；

L2-锚杆在巷道中的外露长度，一般取L2=0.05m。

经计算L=1.61m。

施工时选择顶锚长度2.2m满足施工需要。

② 锚杆间排距计算

α=[Q/(KHγ)]1/2

式中：

α-锚杆间排距，m；

Q-按高强顶锚杆锚固力Q=120kN计算；

H-0.58m；

K-安全系数，一般取K=2；

γ-被悬吊岩石的体积力，γ=20kN/m3。

则α=[Q/(KHγ)]1/2=2.27m。

根据以往施工经验，取α=800mm、α=850mm、α=700mm，可以满足要求。

3.3 永久支护

（1）顶板支护：Φ22×2200mm高强锚杆+金属网+M钢带

① 锚杆为Q500MPa高强锚杆，直径22mm，长度2200mm；M型托盘规格：150×90×10mm；金属网：1000×2200mm，网格 70×70mm， 用Φ6mm钢筋加工。

② M钢带根据扩帮宽度选择长度为1.0m（眼距800mm）或1.0m以上规格的钢带搭接使用，钢带与原巷道顶板钢带方向一致平行布置，当扩帮宽度小于500mm时，钢带可平行于巷道方向布置。

③ 每根 Φ22×2200mm高强锚杆使用MSCK2350树脂锚固剂和MSM2350树脂锚固剂各1根。

④ 锚杆排距800mm，允许偏差±100mm。

⑤ 顶锚杆预紧力矩不小于250N·m，不大于300N·m。

（2）巷帮支护：Φ22×2200mm高强锚杆+金属网+M钢带

① 帮锚杆为Q500MPa高强锚杆，直径22mm，长度2200mm；金属网：1000×2200mm，网格70×70mm，网，用6#钢筋加工；M托盘规格为150×150×8mm。

② 扩帮侧巷帮使用1.6m、1m长的M钢带搭接。③ 锚杆排距800mm，允许偏差±100mm。

④ 每根Φ22×2200mm高强锚杆使用2支MSM2350树脂锚固剂。

⑤ 帮锚杆的预紧力矩不得小于200N·m，不大于 250N·m。

3.4 巷道加固

（1）扩帮前，超前扩帮段在原巷道顶板偏移测量中心线左侧710mm（1760mm）布置一排锚索梁加固，锚索梁顺巷道方向布置，每3根π型梁使用一根锚索梁索好，锚索梁梁端锚索间距为600mm。锚索梁使用π型梁加工，一梁两索，长度2.1m，眼距1800mm，锚索为Φ21.6×8300mm钢绞线，每根锚索配一块90×90×16mm锚索托盘。锚索梁加固超前扩帮段不小于5m。

（2）锚索梁超前加固好后，保持巷道最左侧单体液压支柱不动，拆除其余三根单体液压支柱，然后一次扩帮、拉底到位。

（3）扩帮段锚网支护加固后，在巷修段巷道顶板平行钢带方向布置锚索梁加固，锚索梁滞后迎头的距离不超过50m。

① 将扩帮侧π型梁梁端使用Φ6mm钢丝绳固定在巷道顶板上。

② 退掉超前支护的锚索锚具，在加固锚索同一断面平行于钢带方向布置锚索梁（12#槽钢加工，一梁四索，长度4.0m，梁左侧三眼相邻眼距为1050mm，右侧眼距为1500mm）加固，锚索梁排距为900mm。

③ 使用锚索为Φ21.6×8300mm钢绞线。

（4）待巷道锚索梁加固结束后，拆除巷道最左侧单体液压支柱，回掉原抬棚顶板π型梁。

3.5 架棚支护

（1）回柱。巷道巷修前需要将扩帮范围内中间和扩帮侧的单体液压支柱拆除。回柱前，必须对扩帮段顶板进行超前加固，待巷道锚索梁加固结束后，拆除巷道最左侧单体液压支柱，回掉顶板π型梁。

（2）改柱打抬棚。改柱打抬棚前，对最左侧单体液压支柱处巷道底板人工拉底顺平，然后在巷道内紧贴采空区侧重新布置“π型梁+单体液压支柱”进行加固（已布置抬棚加固的不再打设），“一梁四柱”，单体液压支柱平行于巷道方向布置。

图4 2802下顺槽巷道维修后巷道断面支护示意图

4 效果

2802下顺槽自2018年8月开始巷修，至 2019年1月17日巷修结束，共计巷修进尺1175.5m，巷修时间5.5个月，月均巷修进尺214m/月。考虑陈四楼煤矿为煤与瓦斯突出矿井，掘进期间考虑瓦斯治理、超前探测等因素，巷道综掘正常掘进月平均进尺为130m/月，掘进一条新巷道需9个月，采用沿空留巷快速巷修巷道施工工期可提前3.5个月，减小了采掘接续压力。