永定庄煤业公司3-5#层5102运输巷掘进和支护设计方案研究

李向利

（大同煤矿集团永定庄煤业公司，山西 大同 037024）

1 概况

同煤集团永定庄煤矿3-5#层北盘区5102巷为8102工作面的运输巷，采用小煤柱临空掘巷，与3-5#层8103工作面采空区相隔8m保护煤柱，周边无老空区。煤层瓦斯相对涌出量8.55m3/t，瓦斯绝对涌出量0.68m3/min。

8102工作面煤层总厚度23.4～32.3m，平均27.73m，5102巷煤层倾角0°～3°，平均2°，煤层最多发育26层夹矸，岩性主要为高岭岩、炭泥岩、煌斑岩、粉砂岩、砂质泥岩、泥岩等。根据8103工作面巷道揭露、探顶底资料情况，5102巷预计在177～350m处受火成岩侵入影响，且主要侵入煤层顶部，煤质变为天然焦。煤层基本顶为平均厚度15.32m的砂岩，直接顶为平均厚度2.7m的粉砂岩，直接底为平均厚度2.51m的泥岩、粉砂岩。

2 巷道掘进布置和掘进工艺

2.1 巷道布置方案

5102巷道断面设计为矩形，毛宽4.8m，毛高3.8m（表1）。受动压影响，需在巷道底板近8103工作面侧施工泄压槽，泄压槽规格：宽×深＝40cm×50cm。

表1 巷道设计参数表

2.2 巷道掘进工艺

5102巷采用综合机械化掘进工艺，从与8102切巷交点处开口，向外沿3-5#层煤层底板留顶煤施工掘进。采用EBZ-260H型掘进机进行截割施工，用DZQ80/30/15型桥式转载机配合三部DSJ-800型带式输送机完成运输作业，使用EBZ-260H型掘进机完成割巷作业。巷道支护使用MQT-130/2.7型气动锚杆钻机、ZQS-50/1.8S型气动手持式钻机、MQTB-80/2.3气腿式帮锚机和7655风钻，采用钻孔泄压和泄压槽方式泄压。泄压槽布置在掘进断面的左下角（近煤柱侧），规格：宽×深＝40cm×50cm。5102巷掘进时遇火成岩入侵，机组截割困难时采用钻眼爆破方式施工，钻眼爆破时使用7655风钻湿式钻眼。

3 5102巷道的支护设计和工艺

3.1 支护设计方案

结合3-5#层其他已掘相邻巷道顶板支护情况分析，用锚杆+锚索联合支护顶板效果良好，能有效地保证顶板的整体稳定，本巷道施工仍采用锚杆和锚索联合支护形式（表2、图1）。

图2 巷道支护方案图

巷道支护锚杆长度应不小于2.1m，对比相邻矿井同煤层及我矿同煤层已掘巷道支护经验，为提高支护安全系数，经过工程类比最终确定本巷道掘进支护锚杆长度为2.4m。巷道锚杆直径为22mm。由公式（1）计算可得巷道锚杆间排距取值不大于0.96m即可。结合施工巷道宽度，为提高支护安全系数，最终确定本巷道顶板支护锚杆间距0.8m，排距0.9m，锚杆锚固长度为1.2m，巷道顶板锚索长度为8.3m，直径为Φ21.8mm。

式中：

a-锚杆间距，m

Q-锚杆锚固力，取100kN；

k-安全系数，取1.8；

在解这道题时，学生就要先分析电阻与滑动变阻器的串并联关系，找到电表测量的用电器，仔细的分析电路图，当滑片b端滑到a端时，滑动变阻器的阻值变化情况。在结合题目所给已知条件求解问题。

γ-岩体容重，26kN/m3（据《大同煤矿集团有限责任公司巷道锚杆支护技术规范（试行）》，2015年9月）

L2-锚杆有效长度，取2.3m。

由于5102巷实施小煤柱临空掘巷，与8103工作面采空区相距8m保护煤柱，受应力的二次分布的动压影响较大，为提高支护安全系数，确定顶板锚索间距1.6m，排距0.9m。锚索锚固长度为1.6m，顶板支护锚索每0.9m布置3根，按间距900×1600mm吊挂三眼JW锚索钢带，在施工过程中锚索预紧力应不小于350kN，锚索锚固力不小于520kN。

表2 支护材料参数表

3.1.1 永久支护

顶板采用锚杆及锚索联合支护形式作为永久支护。5102巷顶板支护选用Φ22mm×2400mm金属螺纹钢锚杆，配合长× 宽 × 厚 ＝4400mm×280mm×4mm六 个 孔的W钢带和6000×1300mm的金属菱形网和130mm×130mm×10mm拱形托盘联合支护，锚杆间距0.8m，排距0.9m；顶板每两排锚杆中间布置三根锚索，锚索选用Φ22-1x19-8300mm高强度钢绞线，配合三眼3.8mJW锚索钢带，配套200mm×200mm×16mm托盘，锚索间距1.6m，排距0.9m。锚杆、锚索均沿巷道顶板中心线对称布置。

5102巷两帮顶角处每隔1.8m各打一根Φ21.8mm×5300mm锚索，配合0.6m长的11#矿用工字钢梁吊挂。在巷道两顶帮角前后两个角锚索之间各打一对Φ22mm×2400mm金属螺纹钢锚杆角锚杆，配合长×宽×厚＝450mm×280mm×4mm单孔W型钢带，即巷道两帮顶角处以0.9m的排距交错布置角锚索和角锚杆加强支护。

巷道施工中当顶板破碎、不平整无法使用整根W钢带或JW锚索钢带时，可使用短节钢带（450mm×280mm×4mm单孔W型钢带）代替整块W钢带支护，可使用短节工字钢梁（1.0m长11#矿用工字钢）或者高强度拱型托盘（长×宽×厚=300mm×300mm×16mm）代替整块JW钢带支护，同时将锚杆、锚索支护间排距分别缩小为800mm×800mm、1600mm×800mm。

3.1.2 巷帮支护

5102巷两帮每隔0.9m各布置Φ22-1x19-5300mm锚索3根，配套200mm×200mm×16mm托盘，配合长2500mm的三眼（眼距1m）JW锚索钢带，固定长×宽=3700mm×1700mm的金属菱形网，采用长边顺巷方向布置。护帮锚索垂直于巷壁安装，上部第一根护帮锚索距顶板0.4m，间距1m，排距0.9m。

巷道两帮距底板0.5m处，与护帮锚索齐排各布置一根Φ22×2400mm螺纹钢锚杆，配套短节W钢带，施工角度为-20°

3.2 支护工艺

5102巷采用综合机械化掘进工艺，临时支护采用机载前探支护（支护控顶范围1.3m）。钻眼爆破施工时采用滑移式前探支护进行超前支护（支护控顶范围2.0m）。

锚杆支护施工方法和安全技术要求：施工前进行安全检查（顶板、瓦斯、工程质量、探头位置）→敲帮问顶 → 临时支护 →施工锚杆眼 →安装锚杆、钢带 →紧固并用扭力矩板手检查扭力矩是否合格 →进行收尾，整理工程质量。

锚索施工方法与技术要求：施工前进行安全检查（顶板、瓦斯、工程质量、探头位置）→敲帮问顶 → 临时支护 →施工锚索眼 →安装锚索 →安装JW锚索钢带→预应力涨拉→进行收尾，整理工程质量。

5102巷掘进方向左侧与8103工作面采空区隔离8m煤柱，5102巷煤柱侧巷帮必须进行喷浆，以加强支护并减少有害气体逸出，砼强度为C20，喷砼厚度100mm（初喷：10～50mm，复喷：100mm）。锚喷巷道喷层厚度不低于设计值90%（现场每25m打一组观测孔，一组观测孔至少3个且均匀布置），喷射混凝土的强度符合设计要求。

4 结论

为满足永定庄煤矿3-5#煤层开采中运输作业的需求，设计了5102运输巷道的掘进和支护设计方案。该巷道设计断面为矩形，设计长度为1073.3m，采用锚杆和锚索联合支护顶板形式。用EBZ-260H型掘进机进行截割施工，用DZQ80/30/15型桥式转载机配合三部DSJ-800型带式输送机完成运输作业。该方案在巷道掘进过程中取得了良好的支护效果，有效地控制了巷道顶板及两帮的变形。