大巷掘进过采空区支护技术研究

文/董福凯

山西省煤矿资源整合后，多数整合煤矿均由2个以上的小煤矿整合而成，故在巷道掘进过程中过采空区现象普遍存在，给安全生产带来很大压力。山西煤炭运销集团晋城公司惠阳煤矿主斜井井底车场掘进中遇小窑采空区，通过研究，采用了两帮料石砌墙，顶板锚杆、锚索、网、钢带支护，全断面喷射混凝土联合支护。结果表明，该支护技术的研究应用，使主斜井的掘进得以安全快速通过采空区，并保证了支护质量与效果。

一、工程概况

惠阳煤矿年生产能力45万吨，属兼并重组整合矿井。矿井内有原小煤矿1座，采空区多处。主采煤层15#煤层，煤层厚度1.30～3.60m，平均厚度1.86m，煤层顶板为k2灰岩，岩层厚8.26m，底板为深灰色泥岩。通过力学实验测得，顶板k2灰岩自然抗压强度平均为41.57Mpa，抗拉强度平均为1.10Mpa，抗剪强度平均为4.72Mpa，初步认定顶板灰岩强度大，稳定性好。由于采空区煤层基本采空，故顶板整体下沉0.5～1.5m，压力较大，但顶板整体性较完好，无明显裂隙。

二、巷道布置、断面及支护形式

1.巷道布置。根据设计要求，主斜井井底车场沿15#煤层顶板掘进，过采空区仍沿15#煤层掘进，局部进行起底挑顶。

2.巷道断面。断面形状为矩形，净宽5200mm，净高 3000mm，净断面 15.6m2。

3.巷道支护形式。

①断面图

②顶板锚固参数设计

A.顶板锚杆布置密度

式中：q—顶板支护载荷集度，取39Kpa

K—安全系数，取2.0

K′—变形载荷系数，取1.2

F—锚杆设计锚固力，取150KN

B.顶板锚杆布置的间、排距确定

C.锚固剂及锚杆的确定

根据顶板岩层锚固条件，锚固长度最小为L0＝0.43m，则药卷长度：

式中：L药—树脂药卷总长度

K—锚固剂损耗系数，取K=1.1～1.15

R—钻孔半径，取14mm

R锚—锚杆半径，取10mm

R药—树脂药卷半径，取11.5mm

锚杆长度确定：

L=l1+l2+l3+l4+l5=0.1+0.22+0.6+0.6+0.55=2.07m取2.2m

式中：l1—锚杆外露长度，取0.1m

l2—黏锚力积聚段长度，取0.22m

l3—可承载锚固结构厚度，取0.6m

l4—锚固段锚固力未重叠区高度，取0.6m

l5—围岩外表面锚固力未重叠区高度，取0.55m

根据以上计算分析，结合本矿相邻巷道支护参数经验，确定支护材料规格参数为：

顶锚杆采用φ20×2200高强度螺纹钢，排距1200mm，间距 900mm；设计锚固力 150KN，预紧扭矩150N·m，最小锚固长度430mm，锚固剂型号为K2335和Z2355，数量为各1支；靠紧两帮的顶锚杆向两帮倾斜20°，锚杆托盘选用φ150×8mm高强度冲压螺形垫片，锚网选用菱形金属网，钢筋托梁采用φ16mm钢筋焊接，宽度80mm，长度3800mm，沿顶板布置。顶板锚索采用φ17.8×5000mm钢绞线，排距2400mm，间距2200mm；设计锚固力300KN，预紧力100KN，最小锚固长度为850mm，每排布置两根，锚固剂型号为K2335、Z2360各2支；托盘选用250mm×250mm×15mm钢板加工而成。喷射混凝土，要求标号C20，顶板喷厚100mm，两帮喷厚各50mm。两帮支护采用粗料石配合水泥砂浆砌筑，料石规格为200mm×250mm×350mm砂岩、砂浆标号为C20，砌筑厚度为1000mm，高度为3150mm，基础深150mm。

三、巷道支护效果及技术分析

1.巷道支护效果：通过对巷道表面顶板移近量监测结果的分析，并对锚杆、锚索定期检查，发现顶底板，最大移近量均在允许范围内，锚杆、锚索锚固力稳定，并能达到设计要求。喷射的混凝土层受压均匀，无开裂现象，这表明该支护方式的研究应用是安全可靠的。

2.技术经济分析：该种联合支护方式在掘巷道过采空区中的应用，从根本上改善了巷道围岩力学状况，两帮料石墙的支护对顶板起到支撑作用；厚度的增加，加大了承载的力量，同时减小了控顶面积；锚杆、锚索的应用对顶板岩层起到了挤压加固作用，形成了一定厚度的组合加固拱。顶、两帮全部喷射一定厚度混凝土，一方面起到了加强支护的作用，另一方面起到对裂隙、缝隙的填充和密封作用，防止了采空区的漏风及有害气体的溢出，从整体上提升了矿井的安全生产水平。同时该支护方式的研究应用也为晋城矿区整合煤矿过小窑采空区支护提供了良好经验。