巷道过采空区支护设计研究及应用

2014-08-11董福凯

中国煤炭工业 2014年3期

文/董福凯

巷道过采空区支护设计研究及应用

文/董福凯

山西晋能集团晋城公司大通煤业属资源整合兼并重组矿井。井田位于高平市陈区镇刘家庙村一带，行政区划隶属高平市陈区镇。井田面积10.4136km2，批准开采3～15#煤层，开采深度1050～750m标高。

井田地层总体为一走向北东、倾向北西的单斜。由于历史原因，该井田范围内，小窑破坏严重，采空区较多，目前发现受采空区(采空巷道)影响的材料运输大巷长度约为200m，面积约为1000m2。通过研究，巷道过采空区(采空、冒顶巷道)采用了钢筋混凝土边墙+U型钢可缩性支架及喷射混凝土组合支护。通过采用联合支护方式，大通煤业安全顺利地将大巷布置在采空（冒顶）区内，并实现快速通过。该方案对类似地质条件的巷道支护具有重要参考价值。

一、基本情况

大通煤业矿井设计生产规模120万吨/年，矿井设计开采3#煤层，煤层厚度平均4.19m，赋存相对稳定，煤层不易自燃，煤尘无爆炸性，水文地质条件相对简单。到目前为止，主斜井、副平硐、回风立井已经相继落底，进入二期工程以后，副平硐的材料运输大巷施工约200m，净宽5m，净高3.5m，进入采空冒顶区。采空区宽度约10~20m，顶板冒落高度2~5m。巷道埋深约为70~80m，采空区(采空巷道)顶板没有淋水现象。根据取样测试结果为：直接顶板多为泥岩，抗压强度为18.8～69.6MPa，平均43.6MPa；抗拉强度0.5～4.1MPa，平均2.2MPa，组成了软弱-硬的顶板，稳定性较差。直接底板多为泥岩，抗压强度为18.4～34.0MPa，平均26.0MPa；抗拉强度0.6～1.4MPa，平均0.97MPa。组成了软弱-中硬的底板，稳定性较差。

二、巷道布置、断面及支护方式

1．冒顶区顶板临时支护处理。为了保证人员安全作业，首先对顶板做临时支护，形式为锚杆网支护。

锚杆材料：左旋螺纹钢(25MnSi)，顶锚杆Ф20×2400mm；锚杆布置方式：顶锚杆钻孔深度2300mm，外露100mm，排距1000mm，间距900mm，每排10根锚杆。

锚固剂：K2360和Z2360各一支，安装锚固剂时，K2360在前，Z2360在后。

锚杆托盘：厚度为10mm钢板穹形托盘，规格为150×150×10mm。

网：用Φ6.0mm钢筋焊接，网孔尺寸为100×100mm的矩形网，网片搭接宽度为100mm，用16#铅丝联接，每隔200mm联网两道。

2．支护断面及尺寸。永久断面为半圆拱形，拱高为2.5m，直墙部分高2.0m，净宽5.0m，净高4.5m，净断面积19.8m2。支护断面如图所示。

材料运输大巷过帮顶采空区(采空巷道)混凝土边墙+U36可缩性支架支护示意图

3．永久支护方式及参数。在图中，永久支护方式为混凝土边墙+U36可缩性支架支护及喷射混凝土组合支护。

（1）两帮采空区(采空巷道)支护：先将帮采空区浮煤及冒落体清理干净，帮的松散煤及岩石也需挖除，清理完毕后，在采空(采空巷道)内砌筑两道500mm厚钢筋混凝土墙，钢筋混凝土墙要求接实顶接实底，两道墙体中间采用浆砌片石砌筑，砂浆为M15，砌筑体接顶。边墙部位支护参数为：混凝土厚度500mm，强度C25，钢筋主副筋均为直径14mm圆钢，钢筋间距250mm。箍筋采用Ф8圆钢，箍筋形式为单支箍，梅花型布置，间距为500mm。

（2）U36可缩性金属支架支护：待钢筋混凝土墙凝固合格后，紧靠墙壁架设U36可缩性金属支架，拱高为2.5m，直墙部分高2.0m，顶梁后设金属网和混凝土背板，金属网规格同前述临时支护所用一致，混凝土背板采用C25长×宽×厚=1000×150× 50mm规格，间距150mm，交叉花背。在背板上采用袋装矸石或片石充填接顶。

（3）接顶后用喷射混凝土对材料运输大巷顶板进行表面封闭，混凝土强度C25，厚度与顶梁表面平齐。

（4）表面封闭后对充填的矸石注水泥粉煤灰浆，其水固比为1∶1.0～1∶1.4。水泥占固相的30%，粉煤灰占固相的70%。注浆时向浆液中掺加水泥重量2%～5%的速凝剂，使注入采空区的浆液尽快凝固，防止浆液大量流失。

4.施工要求。在达到支护强度要求的同时，保证巷道密实，防漏风，防灭火。