B090103 千米深井沿空掘巷支护和煤柱合理留设的设计.doc

千米深井沿空掘巷支护和煤柱合理留设的设计 徐慎利 杨永金 刘永先 罗武贤 【徐州矿务集团公司庞庄煤矿，江苏 徐州 221141】 摘 要 为了解决工作面接续问题，尽可能提高煤炭回收率，庞庄煤矿张小楼井在75211工作面沿空掘巷通过对75209工作面地质条件的分析，利用数值模拟和工程类比法，确定75211溜子道锚杆支护参数及煤柱合理宽度。通过巷道矿压观测及时修改支护参数，为千米深井沿空掘巷积累了成功的经验。 关键词 深部 沿空掘巷 数值模拟 工程类比法 矿压观测 ----------------------------------------------------------------------- 1 概 况 庞庄煤矿张小楼井开采深度已经达到-1000m水平以下，地应力非常高。为了提高煤炭回收率，通过沿空掘巷实现无煤柱开采。 75211工作面位于-1025西一下山采区东翼，标高-1092～-1120m，在-1025西一下山采区胶带石门、回风石门、7煤区段回风道东侧，相邻西翼为75210工作面，相邻浅部为75209工作面采空区，深部及切眼外侧为未采区。皮带机道长1069m，材料道长1050m，切眼（平距）180m。平均煤厚2.3m，该面皮带机道外段局部夹矸发育，夹矸厚度0～1.0m，靠近切眼280m预计有夹矸发育，夹矸厚度0～1.5m；预计该面里段煤层厚度相对较薄。煤层倾角0～10°。该面水文地质条件简单，主要水害因素是煤层顶板砂岩裂隙水，无动水补给，掘进期间局部构造裂隙发育部位会有淋水现象，预计最大水量3～5m3/h，正常水量1～2m3/h。75211皮带机道掘进断面净宽4.7m，净高(中高)2.6m，跟7煤顶板掘进。 75211工作面老顶为深灰色粗粒砂岩，富含菱铁质条带，岩石硬度系数为Ⅴ级。厚度为1.38m；直接顶为深灰色砂页岩，含砂均匀，岩石硬度为Ⅳ级。厚度为4.08m；伪顶为局部发育深灰色页岩，岩石硬度为Ⅱ～Ⅲ级，厚度为0～0.3m；煤层为黑色，呈油脂光泽，条带状构造，条痕黑褐色，参差状断口，内生裂隙发育性脆易碎，硬度为Ⅱ，厚度为1.6～2.8m；直接底为深灰色砂页岩，含砂均匀，具砂纹，顶部为页岩，硬度为Ⅳ级，厚度为2.95m；老底为浅灰色粗粒砂岩，上部含少量炭质及页岩纹，下部含菱铁质条带，坚硬，硬度为Ⅵ级，厚度为24.99m。 2 皮带机道支护 2.1 支护方案 75211皮带机道上帮为75209工作面采空区，受采动影响，巷道支护上有一定困难，决定采用锚、梁、网+锚索联合支护。 （1）顶板 顶板采用树脂加长锚固高强度螺纹钢锚杆支护，配合金属菱形网和钢筋托梁。采用小孔径预应力锚索作加强支护。该方案主要考虑以下因素： ① 加长锚杆锚固端的长度能够提供较高的轴向和横向约束力，锚固区的岩体具更高的强度和钢度，有效约束顶板围岩破坏和变形，并对上部顶板下沉起限制作用，有利于防止顶板松动垮落。 ② 顶板锚杆通过钢筋托梁和金属菱形网形成一个整体，共同约束锚固区内顶板的变形和破坏。 ③ 采用小孔径预应力锚索作为加强支护，提高巷道顶板承载能力，同时将下部锚固区顶板悬吊在上部稳定岩层中，与锚杆联合支护，增强顶板稳定性，从而保证巷道顶板安全可靠。 ④ 顶板采用锚、梁、网+锚索联合支护，减小两帮煤体的压力，提高巷道围岩的整体稳定性。 （2）两帮 两帮采用树脂加长锚固左旋无纵筋螺纹钢等强锚杆支护，配合高强度塑料网和钢筋托梁，该方案主要考虑以下因素： ① 两帮煤体强度较小，受采动影响采空区边缘煤体受到一定程度破坏，尤其是掘巷后煤柱侧破坏更加严重，锚固长度过短时，常因锚固力偏低而不能充分发挥锚杆的作用，必须加长锚固长度。 ② 左旋无纵筋螺纹钢等强锚杆具有一定量的伸长，使两帮锚杆支护具有一定的让压作用，以满足两帮强烈变形的需要；同时在巷道变形过程中为两帮提供较大的阻力，限制两帮尤其是窄煤柱的变形，保证巷道两帮稳定可靠。 ③ 沿空掘巷围岩比较破碎承载能力较小，巷道维护较困难。另外受到本工作面采动影响后，超前支承压力与上区段侧向支承压力叠加作用，巷道围岩压较大。普通圆钢锚杆不能适应沿空掘巷高应力及大变形特点，因此两帮采用高强度螺纹钢锚杆支护。 2.2 支护参数 顶板采用锚、梁、网＋锚索联合支护。锚杆采用直径22mm、长2400mm的左旋无纵筋螺纹钢等强锚杆，用1卷MSCK-Z 2380型树脂锚固剂卷端头锚固，配塑料阻尼垫圈和快速安装等强螺母，实行快速安装工艺，两肩窝采用异形托盘。锚杆的间排距为750×800(mm)，每排布置7根锚杆；金属菱形网规格为5.0×1.0（m）；钢筋托梁直径为12mm。锚索采用直径18.9mm、长5300mm的钢绞线，以巷道顶板中心线对称平行布置，间排距2200 ×3200（mm），用一卷MSCK2350（前部）和一卷MSC