集團(tuán)總工程師
正高級(jí)工程師
1 地質(zhì)及生產(chǎn)技術(shù)條件
東四采區(qū)主采煤層為山西組7、9煤(合層部分)，煤層厚度為4.0~6.4m，平均5.4m。煤層傾角3~9°，平均5°。煤的堅(jiān)固性系數(shù)f值為2~3。煤層結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，直接頂以深灰色粉砂巖為主，厚7.43~8.16m，f值為4~6;深灰色、老頂為堅(jiān)硬的粉、細(xì)砂巖互層，厚9.69~17.01m， f值為6~8；煤層直接底為深灰色粉砂巖，厚1.75~2.86m， f值為4~6。開(kāi)采深度735m。
采用綜采放頂煤工藝單一工作面開(kāi)采，為避免回采與巷道掘進(jìn)相互影響，其首采工作面布置在采區(qū)中部，之后采用跳采方法輪回在首采工作面兩側(cè)布置工作面生產(chǎn)。工作面兩巷沿煤層底板布置，頂板和兩幫均為煤，屬于典型的全煤巷道。出于隔離防火和避開(kāi)鄰區(qū)側(cè)支承壓力峰值區(qū)的雙重考慮，其沿空巷道所留設(shè)的煤柱寬度為5m。沿空巷道（一般作軌道巷）凈斷面寬×高為4.2×2.6(m)。巷道施工以綜掘?yàn)橹?，特殊地段輔以炮掘。
錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)
2.1 巷道維護(hù)影響因素分析
東四采區(qū)煤的硬度較高，傾角小，賦存穩(wěn)定，自穩(wěn)能力較好，地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單。這些自然條件對(duì)沿煤層底板布置的全煤實(shí)體巷道
采用錨桿支護(hù)較為有利。采區(qū)首采工作面7401工作面兩巷的錨桿支護(hù)就是成功的一例。巷道在整個(gè)服務(wù)期內(nèi)圍巖穩(wěn)定，不需維修，滿足了工作面生產(chǎn)的需要。但是，對(duì)于留窄煤柱沿空布置的全煤巷道，巷道維護(hù)存在著較多不利因素:
（1）留窄煤柱沿空掘巷雖然可以使巷道避開(kāi)鄰區(qū)側(cè)支承壓力峰值區(qū)，但巷道仍處于壓力破壞區(qū)之內(nèi)，其圍巖(煤體)的完整性會(huì)受到影響，自穩(wěn)能力會(huì)有較大幅度下降。
（2）巷道沿煤層底板掘進(jìn)，巷道寬度達(dá)4.2m，頂部所留煤層厚度為2.0~3.6m，該厚度與常規(guī)的錨桿直接作用范圍相近（錨桿長(zhǎng)度一般不超過(guò)2500mm）。所以厚頂煤處于離層變形的最敏感范圍之內(nèi)；在較大的圍巖應(yīng)力作用下，大跨度頂煤容易沿層面發(fā)生離層破壞，造成安全隱患或支護(hù)失效。
（3）該區(qū)礦井主采區(qū)生產(chǎn)接續(xù)較為緊張，且綜放工作面開(kāi)采厚度大，采空區(qū)動(dòng)壓影響時(shí)間長(zhǎng)，巷道掘進(jìn)有時(shí)會(huì)在相鄰工作面殘余動(dòng)壓影響范圍內(nèi)進(jìn)行，甚至?xí)霈F(xiàn)與相鄰工作面回采相迎的情況。因而，在動(dòng)壓影響下保持圍巖的穩(wěn)定性是維護(hù)巷道、保證安全的一大關(guān)鍵。
（4）巷道沿空側(cè)小煤柱整體破壞和劇烈變形以及由此而引起的應(yīng)力轉(zhuǎn)移，對(duì)巷道頂部和實(shí)體側(cè)巷幫造成破壞，是沿空巷道在其服務(wù)期內(nèi)、特別是在受疊加支承壓力影響的工作面超前范圍內(nèi)可能發(fā)生的現(xiàn)象。它將導(dǎo)致巷道維護(hù)空間的急劇縮小，甚至煤柱坍塌，頂板垮冒。因此，保持煤柱在大變形下的整體穩(wěn)定性也是巷道維護(hù)的關(guān)鍵所在。
2.2 巷道斷面和支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)
東四采區(qū)沿空巷道支護(hù)設(shè)計(jì)的理論依據(jù)主要是錨桿支護(hù)的組合梁理論和懸吊理論，是在采區(qū)全煤實(shí)體巷道錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化而逐步完成的，其設(shè)計(jì)過(guò)程采用了動(dòng)態(tài)信息法。針對(duì)巷道的維護(hù)特點(diǎn)，經(jīng)過(guò)地質(zhì)力學(xué)評(píng)估、初始設(shè)計(jì)、數(shù)值模擬計(jì)算分析，又經(jīng)施工監(jiān)測(cè)、信息反饋和多次修正，確定了巷道的錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)和參數(shù)（見(jiàn)圖1）。
圖1 沿空巷道支護(hù)斷面示意圖
巷道設(shè)計(jì)寬4.2m、高2.6m，斷面積10.92m2?？紤]到鄰區(qū)殘余動(dòng)壓的影響以及在巷道服務(wù)期內(nèi)小煤柱的破壞變形（以?xún)蓭桶l(fā)生位移為主），巷道設(shè)計(jì)寬度、高度分別預(yù)留了1400mm和400mm的允變量。
支護(hù)采用錨、梁、網(wǎng)+錨索聯(lián)合支護(hù)。與全煤實(shí)體巷道的錨桿支護(hù)相比，其頂部增加了一組（2根）錨索，兩幫加大了錨桿的支護(hù)密度，錨桿間距由1000mm縮至700mm。錨桿為左旋無(wú)縱筋螺紋鋼等強(qiáng)錨桿。頂板錨桿直徑20mm、長(zhǎng)2500mm，兩幫錨桿直徑18mm、長(zhǎng)1800mm。錨桿間距分別為900mm和700mm，排距均為800mm。錨桿用1卷CKZ2370型樹(shù)脂錨固劑卷端頭錨固，錨固長(zhǎng)度700mm。
金屬網(wǎng)為直徑4mm鐵絲編織的菱形網(wǎng)，網(wǎng)目50×50 (mm)，或直徑4mm鋼絲熱壓接而成的經(jīng)緯網(wǎng)（用于幫部）。頂部和幫部均采用直徑12mm鋼筋焊制而成的鋼筋梯子梁。金屬網(wǎng)、梯子梁的規(guī)格與巷道寬
度和高度相匹配。錨索用直徑15.24mm預(yù)應(yīng)力鋼絞線錨索，長(zhǎng)度5.2m，錨固長(zhǎng)度1.6m，每根錨索使用2卷Z2380型樹(shù)脂錨固劑卷。錨索沿巷道掘進(jìn)方向每隔2.4m（3排錨桿）布置一組，每組2根，分別布置在距巷幫1.1m處，間距為2.0m。在遇見(jiàn)斷層以及跨度較大巷道三、四角門(mén)等地段，適當(dāng)減小錨索排距。
3 施工工藝特點(diǎn)
針對(duì)全煤沿空巷道維護(hù)的不利因素，東四采區(qū)沿空巷道聯(lián)合支護(hù)的施工主要采取了縮小循環(huán)進(jìn)尺的控制措施。其循環(huán)進(jìn)尺由全煤實(shí)體巷道的1.6m縮至0.8m。為及時(shí)支護(hù)頂板，減小迎頭空頂距離和縮短空頂時(shí)間，每掘進(jìn)一排錨桿的排距即進(jìn)行支護(hù)，使頂部支護(hù)緊跟迎頭。其他施工工藝和施工方法與全煤實(shí)體巷道大致相同。
4 支護(hù)效果
如前所述，東四采區(qū)全煤沿空掘巷總長(zhǎng)度目前已超過(guò)7000m。在這些巷道中，支護(hù)的效果不盡相同。按照受采動(dòng)影響程度的不同，沿空掘巷可分為三種情況:
①在實(shí)體煤中掘進(jìn)，但經(jīng)受相鄰工作面全過(guò)程采動(dòng)影響；
②沿不穩(wěn)定的采空區(qū)掘進(jìn)，經(jīng)受相鄰近工作面的采動(dòng)影響；
③在穩(wěn)定的采空區(qū)邊緣沿空掘進(jìn)。
東四采區(qū)7405軌道巷的掘進(jìn)經(jīng)歷了上述三種情況的全過(guò)程，下面以該巷道為典型實(shí)例來(lái)說(shuō)明。
7405工作面是東四采區(qū)的第二個(gè)工作面，與采區(qū)首采工作面7401工作面相鄰。因采區(qū)生產(chǎn)接續(xù)需要，在7401工作面回采結(jié)束前即進(jìn)行7405軌道巷的施工。因此， 7405軌道巷在掘進(jìn)過(guò)程中出現(xiàn)了與7401工作面回采相迎的情況，其平面布置關(guān)系參見(jiàn)圖2。
圖2 7405、7401工作面平面布置圖
巷道掘進(jìn)過(guò)程中所進(jìn)行的現(xiàn)場(chǎng)勘察和數(shù)據(jù)實(shí)測(cè)表明， 7405軌道巷在動(dòng)壓影響段與壓力穩(wěn)定段的狀況差別極大。
（1）動(dòng)壓影響段
迎回采工作面動(dòng)壓沿空掘巷段即動(dòng)壓影響段約500m長(zhǎng)，圍巖變形經(jīng)歷了五個(gè)階段：
①回采工作面超前70m以外，巷道圍巖穩(wěn)定，累計(jì)變形量?jī)H幾十mm。
②超前30~70m范圍，巷道煤柱一幫從底角開(kāi)始破壞，煤柱顯現(xiàn)變形。
③回采工作面附近，巷道變形相對(duì)平穩(wěn)，側(cè)向支撐壓力降低。
④回采工作面推過(guò)后30~50m的范圍巷道顯現(xiàn)第二次劇烈變形。底板臌起，護(hù)幫鋼帶嚴(yán)重?cái)嗔?，兩幫移近量?/span>350 ~450mm，頂?shù)装逡平繛?/span>260~370mm。經(jīng)歷此階段影響，巷道圍巖移近速率明顯降低，平均降低60%以上。
⑤距回采工作面后方100m以外時(shí)，巷道圍巖移近速率又一次急增，煤柱發(fā)生嚴(yán)重塑性變形，局部出現(xiàn)坍塌。煤體向巷道內(nèi)涌出，頂板明顯下沉，中部下沉量達(dá)1720mm，兩幫移近量為1410mm。在動(dòng)壓影響段，由于采用了高性能預(yù)拉力錨桿、鋼帶和金屬網(wǎng)支護(hù)加固頂板煤層和幫角，雙錨索強(qiáng)化頂板以及高預(yù)拉力錨索桁架支護(hù)，強(qiáng)化了圍巖的抗變形能力和整體穩(wěn)定性，所以巷道雖已發(fā)生較大的變形，但支
護(hù)結(jié)構(gòu)的整體性仍得到維持，經(jīng)局部清挖底板后基本滿足了使用要求。
（2）壓力穩(wěn)定段
7405軌道巷進(jìn)入距回采工作面后方200m以外，煤層采掘間隔時(shí)間70天以上之后，巷道圍巖移近量和移近速率都較小，回采前累計(jì)移近量在300~400mm以?xún)?nèi)。
留窄煤柱沿空掘進(jìn)的巷道同在實(shí)體煤中掘進(jìn)的巷道相比，圍巖條件有較大不同。主要表現(xiàn)為圍巖的完整性和自穩(wěn)能力顯著下降，由此可能引起頂煤離層、垮冒以及窄煤柱坍塌，因而需采取一定的支護(hù)措施。
東四采區(qū)沿空掘巷的實(shí)踐表明，在穩(wěn)定采空區(qū)沿空掘巷，通過(guò)增加頂部錨索、加大兩幫錨桿的支護(hù)密度和施工時(shí)采取縮小循環(huán)進(jìn)尺等措施，巷道圍巖的變形能夠得到有效控制，巷道不經(jīng)維修即能滿足回采需要。而在動(dòng)壓影響帶沿空掘巷，則需采取一些特殊支護(hù)措施來(lái)控制因頂煤離層、煤柱失穩(wěn)以及采動(dòng)附加變形所帶來(lái)的危害，才能保證安全。可見(jiàn)，后一種情況不僅使支護(hù)成本大幅度上升，而且也給巷道施工以及日后的維護(hù)造成很大難度，因此在協(xié)調(diào)采掘關(guān)系時(shí)應(yīng)盡可能避免。
綜放巷道錨網(wǎng)支護(hù)分析
—韓煥勝
摘 要：介紹采用留窄煤柱沿空掘巷技術(shù)開(kāi)采的綜采放頂煤開(kāi)采全煤巷道沿空掘巷時(shí)的支護(hù)實(shí)踐，并對(duì)巷道維護(hù)的影響因素和支護(hù)效果進(jìn)行了分析。
關(guān)鍵詞：全煤巷道；沿空掘巷；錨桿支護(hù)；支護(hù)效果
綜放巷道錨網(wǎng)支護(hù)分析
—韓煥勝
摘 要：介紹采用留窄煤柱沿空掘巷技術(shù)開(kāi)采的綜采放頂煤開(kāi)采全煤巷道沿空掘巷時(shí)的支護(hù)實(shí)踐，并對(duì)巷道維護(hù)的影響因素和支護(hù)效果進(jìn)行了分析。
關(guān)鍵詞：全煤巷道；沿空掘巷；錨桿支護(hù)；支護(hù)效果
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