某矿皮带巷沿空留巷巷旁支护参数设计研究

1 试验点概况

沿空留巷试验点设在某矿2315工作面皮带巷。该回采工作面位于-700m东大巷北部东一采区, 该面东部为已回采结束的2314工作面, 上覆为已回采结束的5413综采工作面。煤层倾角24°~36°, 平均27.5°。工作面走向长度295m~347m, 平均323m, 倾斜长度104m~121m, 平均120.6m;井下标高-689m~-764m, 地面标高+35.6m~+36.2m, 工作面埋深705m~800m。2315工作面回采煤层为山西组9煤, 黑色、半亮型、弱玻璃光泽, 由亮煤、暗煤条带组成, 切眼处较薄, 东部及下部较厚, 煤厚0.8m~2m, 平均厚度1.41m。9煤以下为9~2煤, 煤厚0.8m~1.2m, 平均0.93m, 发育较稳定。9煤与9~2煤之间发育一层夹矸, 岩性以粉砂岩为主, 厚0.8 m~1.4 m, 平均0.9 8 m, 东部发育较薄, 上部及西部发育较厚。煤层无伪顶, 直接顶为粉砂岩, 厚度0m~3.0m, 平均2.0m, 深灰色, 水平层理、含大量植物化石碎片, 局部含泥质, 基本顶为细砂岩, 厚度5.4m~7.32m, 平均6.32m, 灰白色, 以石英为主, 泥硅质胶结, 缓波状层理发育, 含植物化石, 具菱铁质鲕粒, 基本顶之上为一层粉细砂岩, 厚度为14.24m~16.05m, 平均15.25m, 浅灰色石英为主, 泥硅质胶结, 波状层理, 含黄铁矿薄膜, 顶板组合为硬、坚硬顶板。

2 巷旁支护体参数设计

由2315工作面的生产地质条件知, 老顶周期来压步距最大为20m, 直接顶平均厚度2m, 老顶平均厚6m;煤层平均厚度1.41m最大采高2m, 煤层倾角平均为27.5°;工作面平均长度为120m, 采深800m。2315工作面皮带巷地质技术参数如下:α=27.5°b=2 0 m, h=6 m, q=1.5×1 0 5 N/m, 0C=0.1 M P a, ϕ0=18°, xP=0.0 3 7 5 MP a, A=0.4, M=2 m, γ=2.5×1 0 4 N/m 2, K=2, H=8 0 0m, c=3.6 m, d=1.5 m, q0=0.5×105N/m, L m=120m, Rt=5MPa, M0=0 (考虑最危险情况) 。

将这些参数代入切顶阻力计算公式求得该工作面沿空留巷所需巷旁支护体的切顶阻力为6661k N/m。已知2315工作面最大采高M为2m, 直接顶为粉砂岩, 取1.3, 经计算, 得巷旁支护控顶高度为6.67m。

由以上分析知0a为5.53m, a为5.1m周期来压步距L为20m, 采高2m, Kp取1.3Kp'取1.15, 将这些参数代入式 (2.7.4) , 计算得巷旁支护体的可缩量应该为0.53m。

3 充填材料的选择

由于已求出巷旁支护体所需的切顶阻力为6661k N/m, 支护体宽1.2m, 那么巷旁支护体材料的强度就应该达到5.5MPa。

选择充填材料配比的标准是在保证支护体强度达到切顶阻力要求的前提下, 尽量减少水泥的用量, 降低充填成本。因此在选择材料的时候, 对于达到强度要求的配比, 应该尽量选水灰比大、水泥含量小的;当巷旁支护体的尺寸一定时, 水泥体积比越小, 即单位体积支护体所需的水泥越少, 充填成本也就越低。

根据充填材料试验的结果和上述选择材料的原则, 决定选择水灰比40%、水泥含量30%、配比为2∶3∶7的方案, 试块第7天强度可以达到5.6MPa。

4 沿空留巷锚杆支护设计

2315工作面皮带巷沿煤层顶板掘进不破顶, 巷道断面面积10m2左右。巷道上帮高3.2m, 下帮高1.5m, 宽3.6m。分析数值模拟结果, 决定采用锚杆支护作为巷内支护方式, 以便在沿空留巷期间更好地控制围岩变形, 维护巷道稳定。通过数值模拟确定锚杆支护参数如下。

(1) 巷道采用锚、梁网及锚索支护。

(2) 顶板锚杆为Φ18×1800mm的等强无纵筋螺纹钢锚杆, 采用CK2335、Z2335树脂药卷2支作端头锚固, 间排距800×800mm。

(3) 两帮锚杆为Φ16×1800mm圆钢锚杆, 采用CK2335一支、Z2335二支树脂药卷作端头锚固, 铁托板内加垫木托板, 锚杆间排距800×800mm。

(4) 顶帮均采用2000×1000mm经纬金属网, 搭茬1400mm~200mm, 锚杆、托梁要布于金属网压茬处, 搭茬每200mm用10#铁丝联接一处。

(5) 托梁用Φ12mm圆钢焊接, 每800mm (中-中) 布一网格 (50×50mm) , 铁托板规格120×120×8mm, 木托板规格:400×200×50mm。

(6) 巷中施工一排锚索, Φ1 5.2 4×7 0 0 0m m, 采用一卷C K 23 3 5树脂药卷, 2卷Z2350树脂药卷作端头锚固, 间距4m。

(7) 顶板锚杆锚固力≥8t, 两帮锚固力不小于4t, 锚索初锚力在10t~12t。

5 支护效果及效益分析

根据沿空留巷的巷道维护现场来看巷旁支护体整体浇筑效果好, 接顶效果好。锚杆支护下, 巷内顶板的维护情况也较好。锚杆支护巷道的留巷效果达到了预期目的, 令人满意。

(1) 锚杆支护提高破碎围岩承载能力, 适应并能控制沿空留巷围岩大变形, 减小了巷旁支护体载荷, 显著改善了沿空留巷维护效果, 是较好的沿空留巷巷内支护体。

(2) 巷旁支护体具有较大的抗压强度和一定的变形量, 对采空区顶板有较强的切顶能力, 能够达到切顶高度、减小巷旁支护体及巷内支护体的载荷, 同时能够适应沿空留巷围岩较大变形, 有效地支撑巷道顶板, 减小巷道围岩的变形量, 因此留巷巷道维护状况良好。

(3) 和沿空掘巷相比, 同样准备一个工作面可少掘一条巷道, 掘进率可降低40%左右, 可大大缓解回采工作面接替紧张的局面。

(4) 充填材料来源广、成本低。充填工艺简单, 操作方便。充填模板具有结构简单, 价格低廉, 拆、移、装方便的特点。

锚杆支护巷旁充填沿空留巷技术在该矿的推广应用, 大大提高该矿的煤炭回收率, 延长采区和矿井的服务年限, 降低万吨掘进率, 为该矿实现高产、高效的目标创造了有利条件, 改善了该矿的安全生产面貌, 具有广泛的推广应用价值。

摘要：基于某矿皮带巷实际地质条件, 根据充填材料的实验室试验, 确定了充填材料的配比, 通过数值模拟确定了沿空巷道的支护参数, 根据沿空留巷的巷道维护现场来看, 巷旁支护体整体浇筑效果好, 接顶效果好, 留巷效果达到了预期目的。巷旁充填沿空留巷技术在该矿的推广应用, 大大提高该矿的煤炭回收率, 延长采区和矿井的服务年限, 降低万吨掘进率, 为该矿实现高产、高效的目标创造了有利条件, 改善了该矿的安全生产面貌, 具有广泛的推广应用价值。

关键词：皮带巷,沿空留巷,锚杆支护