深埋沿空巷道支护参数设计研究

谭家贵

(华能云南滇东矿业分公司白龙山煤矿一井工程科，云南省 富源 655508)

1 工程概况

某矿某工作面南起工广煤柱线及F13-4-1断层，北至F12-11断层，上界Ⅳ-Ⅴ线以北为C15-660等高线，Ⅳ-Ⅴ线以南C15-710m等高线，下界为C15-780m等高线；Ⅳ线以南-705m以上C15煤层已回采；Ⅳ线以北-720m以上下伏C13煤层已回采，Ⅳ线以南-720m以上下伏C13煤层正在掘进，其他C13煤层均未回采。

直接顶为泥岩，厚度(2.0～3.0m)，平均厚度2.3m，灰～灰黑色，少量粉砂质，性脆、破碎。基本顶为粉～细砂岩，厚度(2.0～3.0m)，平均厚度2.5m，灰色～灰白色，裂隙发育，硬度大。直接底为页岩、厚度(1.0～3.0m)平均厚度1.5m，灰～浅灰，含较多植物化石碎片，其下为C14煤层。C15煤层总厚0.39～1.31m，平均1.0 m，煤层倾角 19°～22°，平均 20°。C15 煤层赋存不稳定，根据钻孔勘探资料揭露掘进范围内C15煤层发育有两处薄煤区。工作面内煤系地层总体为一单斜构造，走向为NW方向，倾向NE方向，平均倾角20°，工作面内地质构造相对简单，主要以断层为主，预计揭露断层有7个，落差0.4～4.0m不等。影响掘进施工的水文地质因素主要是：C15煤层顶板裂隙水、上阶段老塘水沿裂隙或断层带下渗。工作面地面标高为+19.0～+25.5，根据本块段煤层赋存情况，512(5)工作面设计走向长1340m，面长150～195m；上风巷标高-706m，机巷标高-780m，切眼布置在-780m中央石门以南约20m位置，收作线在V-VI线以南约125m位置，C15上风巷设计工程量1430m。工作面巷道布置示意图如图1所示。

图1 工作面布置示意图

2 支护断面优选的数值模拟研究

通过FLAC数值模拟得出结果，见表1。从机巷的三种断面形状的模拟结果看，巷道围岩稳定主要是由于围岩中拉应力的影响，巷道围岩的垂直应力和水平应力中的拉应力拱形断面均为最小。从受力方面和围岩屈服破坏深度考虑，机巷宜采用拱形断面。

表1 数值模拟结果

3 巷道支护参数设计

(1)支护方式

直墙半圆拱断面支护形式原则上顶帮部采用"锚杆+锚索+钢带+金属网"支护形式。除特殊地段(如断层、破碎带等锚、索、网难以支护外)考虑实行补套U型棚进行复合支护外，其支护方式如下：

①顶帮部：锚杆+钢带+金属网＋锚索。

②底板：不支护。

(2)支护参数

巷道断面净宽为5000mm；巷道中高为4000mm(自轨道平面算起)。机巷采用破顶施工，靠工作面侧C15煤底板距巷道底板高度为1.2m(自轨道平面算起)。依据计算结果及支护设计系统推理结果，得到机巷直墙半圆拱断面的锚杆支护方案及具体支护参数为：

(1)锚杆

①锚杆采用Φ22×2500mm的20MnSi左旋无纵筋螺纹钢等强预拉力锚杆，配合钢带和10＃铁丝网联合支护，顶帮共布置15根锚杆，弧段的锚杆间排距为800×800mm，直墙部锚杆有两排锚杆间排距为730×800mm。直墙与半圆拱相搭接处间排距为600×800mm。除两底角锚杆采用俯斜30°布置外，所有锚杆均垂直于巷道表面布置。

②锚杆均采用加长锚固，所有锚杆安装的树脂药卷为1支K2360和1支Z2380；安装预紧力矩≮150N·m，预紧力≮50KN，锚固力≮120KN。

(2)锚索

①锚索：锚索规格为 Φ17.8×6800mm(深入岩体长度为6500mm)，每隔2排锚杆布置2根锚索；锚索安装位置在距巷道中心线1/8圆弧处(即距中心线弧长1960mm处，即锚索与水平面的仰倾角为45°，如图所示)，排距为1600mm；与锚索配套的槽钢长度为300mm，钢绞线通过16#槽钢孔锚入围岩，钢绞线外端与锁具直接连接。。

②打完锚杆后，够打一排锚索时，及时打锚索进行支护，安装预紧力≮100KN，锚固力≮250KN；钻孔均要求采用Φ28的双翼钻头打孔。

③锚索每孔安装的树脂药卷为1支K2360和3支Z2380；锚索的锚固长度为3000mm(按保守计算)。

④顶板锚索的长度不宜太长，也不宜过短，力求将顶板的基本顶和基本顶以上的一层粉砂岩锚固在一起，还要防止锚固在粉砂岩上的煤线及泥岩中，因此在掘进期间每隔一定距离补打地质钻，探明岩性，以利于调整锚索长度，达到最好的锚固效果和良好的经济效益。

(3)钢带

顶帮全部采KT-M5型，其中两根4100mm长的各用于1/4圆弧断面用，直墙部分采用的KT－M3型钢带长为1600mm，在钢带的对接部分多冲一个孔，以利于钢带对接。

(4)异常地段支护

在断层破碎带附近及遇到顶板淋水等地质构造情况，采用锚网索＋U型棚复合支护，根据地质条件，确定U型棚间距。如果顶板淋水，需采用防水性树脂药卷，同时采取喷浆、注浆等措施，以防止围岩风化和加固煤岩体强度。如遇地质条件稍差，即在两排锚索的中间档内补打锚索，与原锚索系统呈"三花"布置，补打的锚索滞后迎头距离不大于10m为宜。

(5)支护方案示意图

支护方案及巷道层位示意图如图2所示。

图2 机巷支护方案示意图

结语

本文在深埋沿空巷道赋存特点基础上采用数值模拟研究了巷道断面，最终提出了适宜的支护方案图，研究过程和结果为类似条件下巷道开掘及支护提供了有效的参考。

[1]钟林.煤柱宽度对沿空巷道围岩影响分析2012.

[2]党超，王成胜.沿空巷道回采期间变形规律及控制，2011.