山西某矿60105 工作面回风顺槽支护技术研究

赵 岩

（山西焦煤西山煤电马兰矿， 山西 太原 030205）

1 60105 工作面回风顺槽概况

60105 工作面回风顺槽，巷道长度1 014 m，煤层总厚1.2 m，煤层倾角3°～6°，巷道掘进前方为实体煤，巷道南侧为6 号一采区上山，巷道西侧180 m 为60105 运输顺槽（未开掘），巷道东侧20 m 为60101运输顺槽，工作面为单斜构造。煤层结构简单，一般含1 层夹矸，夹矸厚度0.2 m 左右。煤层平均厚度1.2 m。煤层直接顶板为泥岩、砂质泥岩、砂岩，老顶为太原组L5 石灰岩，呈青灰至深灰色，节理发育，层理清晰；底板为泥岩，呈灰色，局部有砂质泥岩，岩性较脆，遇水有软化迹象。掘进工作面6 号煤层直接顶板主要为泥岩、砂质泥岩、砂岩，厚度平均3.8 m；老顶为石灰岩，厚度2.8 m，直接顶泥岩抗压强度为28～28.8 MPa，抗拉强度0.9～1.2 MPa，属坚硬岩石。底板为泥岩、砂质泥岩或中细粉砂岩，底板泥岩极限抗压强度为48～53.6 MPa，抗拉强度为2.1～3.0 MPa，属坚硬岩石。掘进过程中遇煤层、顶板破碎带时，要加强顶板支护，防止冒顶事故发生[1-4]。

根据6 号一采区上山和60101 工作面掘进揭露地质情况，预计有1 条落差大于0.5 m 的正断层，断层附近煤层顶板较破碎，所以在掘进期间过断层、裂隙发育带时应加强顺槽超前支护和前期维护；密切观察工作面顶板情况，预防顶板冒落及透水灾害的发生。

2 巷道布置

60101 运输顺槽材料绕道组装好综掘机，60105回风顺槽施工计划沿60101 运输顺槽材料绕道方向继续掘进17.3 m（预计坡度-4°～50°）后以346°方位角掘进30 m（平掘），再以方位角76°（与回风顺槽垂直）掘进10 m 与60101 运输顺槽贯通，60105 回风顺槽通风系统形成。

2.1 巷道断面特征

根据巷道用途、围岩层位特征、安全设施设备安装与检修、巷道交叉情况及服务年限，综合考虑通风、行人、设备运输的要求，本着安全、经济合理的原则，设计巷道断面形状为矩形断面。

2.1.1 巷道断面计算

巷道净宽度采用式（1）计算：

式中：B 为巷道净宽度，mm；a1为非行人侧输送机中线到巷道墙之间的距离，mm；皮带最外边沿距巷道壁≥500 mm 规定，取a1最小值为1 050 mm；c1为人行侧输送机中线距离巷道墙之间的距离，按单轨吊掘进期间平板车最大宽度1 400 mm，胶带输送机及单轨吊最外边沿距平板车间距≥500 mm 规定，并考虑巷道一侧安装各类管线的要求200 mm，取c1最小值为3150mm。经计算，回风顺槽最小宽度应大于4200mm。

巷道净高度采用式（2）计算：

式中：H 为巷道净高度，mm；h1为从底板到顶梁的巷道高度，对于材料顺槽巷道，该数值等于设备与最大件运输设备至顶板之间距离之和，其中考虑运输液压支架时的最大高度（含平板车）取1 800 mm，单轨吊连接端与顶板之间距离500 mm，h1取2 300 mm；h2为平板车高度，取320 mm；h3为从巷道底板到平板车高度，取50mm。经计算，材料顺槽最小高度应≥2670mm。

2.1.2 风速及最小巷道断面积验算

根据煤矿安全规程中工作面进回风巷最小风速0.25 m/s 和最大风速4 m/s，结合工作面配风量24 m3/s，则巷道断面积S 应为96 m2≥S≥6 m2。

上述计算值满足风速验算要求，均按最小计算值计算其面积Smin=9.8 m2。

综合以上，60105 回风顺槽断面宽×高为4 500 mm×2 700 mm 合理，如图1 所示。

图1 支护断面图（单位：mm）

2.2 支护方式及参数

2.2.1 永久支护参数

1）保护煤柱线内巷道全段采用锚网喷+锚索补强支护。

2）保护煤柱线以西巷道全段采用锚网索支护。

3）巷道各开口处均采用4 000 mm×14 号三眼槽钢+锚索锁口加强支护，顺槽开口、转弯、贯通时，锁口锚索支护不得少于5 m；各硐室开口时，在硐室开口线外0.2 m 处支护一排锁口锚索进行锁口，锁口范围需向两侧超过硐室开口范围5 m。

2.2.2 永久支护材料规格

采用Φ20×2 000 mm 左旋螺纹钢锚杆开口段顶帮支护，配套使用扭矩螺母紧固。开口掘至50 m 后改为顶部和右帮采用Φ20×2 000 mm 左旋螺纹钢锚杆和配套加厚螺母和钢托盘，铺设菱形12 号铅丝网。左帮采用MGSL20/1800F 全螺纹式树脂锚杆等强螺纹钢式树脂锚杆，铺设铁丝网后，使用配套扭矩螺母和树脂托盘紧固。顶部采用用Φ12 mm×4 300 mm 的钢筋焊接, 帮部采用Φ12 mm×2 500 mm 的钢筋焊接。选用Φ17.8×6 300 mm 钢绞线锚索，270 mm×270 mm×16 mm 方托片及配套锁具。锚固剂采用CK2340和Z2360 树脂锚固剂。网片采用菱形12 号铅丝网，搭接长度100 mm。绑丝采用16 号铁丝用于网片和钢带之间、网片之间的搭接捆绑。巷道施工保护煤柱线以内所有巷道需进行喷射混凝土支护，喷射混凝土强度为C20，选用P.032.5 普通硅酸盐水泥，速凝剂掺加量为水泥质量的3%～4%，沙为纯净的河沙，石子过筛，将粒径大于10 mm 的石子控制在20%以下，并用水冲洗干净，喷浆厚度大于100 mm。

3 支护工艺

3.1 临时支护

护顶装置规格：前探梁采用两根4.2 m 长的3 寸钢管，每根前探梁用专用吊环2 个固定于永久支护的锚杆上，用两块长×宽×厚=3 000 mm×150 mm×50 mm 的优质松木木板进行临时护顶，用大木楔绞顶。

支护步骤：断面切割成形后，将掘进机退出工作面10 m，停电并闭锁其隔离开关，盖好炮头防护罩。前移前探梁，将前探梁窜入空顶区，然后将绞顶木板放到前探梁上，用大木楔绞实、背紧。

控顶距离：围岩稳定最大控顶距2.0 m，最小控顶距0.4 m，围岩破碎时支护紧跟迎头。

3.2 安装顶锚杆

采用MQT-130/2.8 s 锚杆钻机、Φ28 mm 钻头、B-IP 系列可接长钻杆打眼，从靠近红外线的一根锚杆位置向两帮扩展施工顶锚杆眼，打眼深度为2100mm，施工打眼时，锚杆机必须垂直放平、固定垫稳。打眼施工完成后送树脂锚固剂，使用CK2340 型树脂锚固剂和Z2360 型树脂锚固剂各1 个，向锚杆眼内装入，锚固剂装好后，用锚杆推入孔底压实。搅拌树脂锚固剂，连接套将钻机与锚杆销螺母进行连接，后升起钻机,缓慢推送锚杆至孔底后，停止升钻机，搅拌20～35 s后停机。15～20 min 后，进行挂网、安装托盘紧固锚杆施工，使用力矩扳手进行检查，紧固力不小于100 N·m。金属网铺设要求平整、拉紧、贴顶、不留网包，锚杆露出螺母长度10～50 mm；锚固力90 kN。

3.3 安装帮锚杆

对巷道两帮进行施工修整，先修整两帮上部防止巷道片帮，两帮上部成型后进行打眼，安装上部两排锚杆，上部安装后再安装下部锚杆。运用YT28 气腿式凿岩机配合使用2.0 m 的煤岩钻杆打眼，打眼时抖动钻杆排净转孔内的杂物。向锚杆眼内推入CK2340型树脂锚固剂和Z2360 型树脂锚固剂各1 支，用锚杆缓慢地推入钻孔孔底。用连接套将风钻与锚杆销螺母进行连接后，送入到锚杆孔底，搅拌充分（20～30 s）后停机撤钻。15～20 min 后进行挂网，施工安装托板并紧固锚杆，用力矩扳手检查紧固力，螺纹钢锚杆紧固力大于100 N·m，树脂锚杆紧固力大于40 N·m 为宜。金属网铺设要求平整、拉紧、贴帮、不留网包锚杆露出螺母长度10～50 mm，锚固力70 kN。

3.4 安装锚索

锚索孔施工，按巷道中心线拉线定位，采用锚杆钻机打眼施工。使用树脂锚固剂，向锚索孔眼推入CK2340 型树脂锚固剂1 支、Z2360 型树脂锚固剂2支，用钢绞线平稳将锚固剂推入孔底。搅拌树脂锚固剂，连接套将锚杆钻机与钢绞线连接后，升起锚杆钻机将钢绞线推至孔底压实，充分搅拌30～40 s 后停机，等待2～4 min 收机撤钻。上锁具，用锚索锁具锁紧槽钢固定在锚索上。锚索露出锁具长度150～250 mm之间，符合施工要求，锚固力为200 kN。

4 过断层施工

巷道在施工过程中如遇断层、破碎带、顶板破碎、岩层不稳定时，最大截割距离为0.8 m，即截割一排停机，打一排锚杆（索）再进行截割，每截割一排打一排锚杆（索），如此循环进行。遇断层、破碎带、顶板破碎、岩层不稳定等地段时，及时变更顶板锚杆、锚索的间排距，锚杆根据巷道顶板实际情况进行调整，顶板锚索变更间排距为1.6 m、0.8 m。必要时采用有效的超前支护，当锚索支护失效时，采用锚网支护+钢棚支护方式。

5 结语

山西某矿60105 回风顺槽，顶板泥岩容易破碎，多层分布，局部可能有小的断裂构造及围岩层位特征。设计了矩形巷道，通过采用锚网喷+锚索补强支护的方式。取得了较好的应用效果，为采掘衔接提供了安全保障。实现了矿井安全、高效、经济合理的生产。