大采高聯(lián)合開采回采巷道錨桿支護(hù)技術(shù)研究

　　河?xùn)|煤礦石炭系太原組含 9 # 和 10 # 兩層特近距煤層。9 #煤平均采高 1.1m，10 # 煤平均采高 4.0m，由于 9 # 煤和 10 # 煤層間距 1.3m，分層難以開采，只采 10 # 煤，9 # 煤只好丟棄。針對 9 # 和 10 # 兩層近距煤采用分層開采無法采出的現(xiàn)狀，經(jīng)論證采用大采高聯(lián)合開采工藝，一次性將 9 # 和 10 # 兩層煤全部回收，以提高煤炭回收率和增加礦井產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益。兩層近距煤層共采，大采高工作面回采巷道設(shè)計斷面超過 20m 2 ，與僅采 10# 煤，普通綜采巷道斷面相比，掘進(jìn)面 積增加 70% 以上；巷道斷面顯著增大，明顯增加了支護(hù)難度 。為此，解決特大斷面煤巷支護(hù)技術(shù)難題，成為順利實施大采高聯(lián)合開采工藝的關(guān)鍵。

一、大采高工作面地質(zhì)條件

　　河?xùn)|礦準(zhǔn)備在 39（10）08 工作面進(jìn)行大采高聯(lián)合開采工藝試驗，開采煤層為石炭系太原 9 # 和 10 # 煤。煤層呈層狀結(jié)構(gòu)，硬度大，中等強(qiáng)度，斷口不平整，性脆。兩層煤加夾層總厚度 6.3m，傾角為 3° -6°。9 # 煤和 10 # 煤間夾層厚為1.3m的深灰色頁巖，9 # 煤之上是平均厚度為6.5m的K2灰?guī)r，其致密堅硬、強(qiáng)度高。10 # 煤底板是 0.4m 的炭質(zhì)頁巖，之下為1.51m 的灰色中砂巖， （詳見圍巖綜合柱狀圖 1 所示）。

二、選擇巷道掘進(jìn)方式

　　大采高綜采 39（10）08 工作面巷道掘進(jìn)高度 4.1m，聯(lián)合開采煤層總厚度 6.3m，巷道高度低于采高，掘進(jìn)有 2 種方式可供選擇：其一，沿 9# 煤層頂板掘進(jìn)；其二，沿 10# 煤層底板掘進(jìn)。通過對比 2 種方式利弊以確定掘進(jìn)方式。

1．沿 9# 煤層頂板掘進(jìn)

　　如沿 9# 煤頂板掘巷，掘半煤巖，夾層厚度大，硬度高，則易破壞掘進(jìn)機(jī)截齒；掘進(jìn)出煤含矸率高，煤炭分選難度大；掘

進(jìn)巖層耗時耗力，成巷功效低，影響掘進(jìn)速度。

　　如沿 9 # 煤頂板掘進(jìn)，頂板 K 2 灰?guī)r層受到黃鐵礦的浸染，巖性發(fā)生了改變，則存在易風(fēng)化離層的偽頂，且厚變化不一，

掘進(jìn)存留偽頂難度大，不利于支護(hù)，且威脅巷道安全。厚夾層位于巷道上部，夾層縱向節(jié)理發(fā)育，掘進(jìn)易片幫，不利于超高

巷幫的穩(wěn)定。

2．沿 10# 煤層底板掘進(jìn)

　　若沿 10 # 煤底板掘進(jìn)，10 # 煤平均厚度 4.00m，掘全煤，速度快，則頂板泥巖相對穩(wěn)定，支護(hù)難度降低，全煤巷道掘進(jìn)速度快，巷道穩(wěn)定性好。在先期礦方試驗過程中，沿 9# 煤層頂板掘進(jìn)，但 K2 灰?guī)r下方偽頂不穩(wěn)定，易威脅安全生產(chǎn)。

3．選擇掘進(jìn)方式

　　對比掘進(jìn)速度，半煤巖巷道掘進(jìn)受夾層影響明顯，阻礙巷道快速掘進(jìn)，比較巷道支護(hù)難易程度和煤幫穩(wěn)定性等方面，沿10# 底板掘進(jìn)更顯優(yōu)勢。因此通過綜合對比分析及現(xiàn)場實踐，選擇沿 10 # 煤層底板掘進(jìn)。

三、巷道穩(wěn)定性因素分析

　　大采高試驗巷道圍巖穩(wěn)定性與多種因素有關(guān)，結(jié)合試驗巷道所處位置，以及地質(zhì)狀況，分析影響巷道穩(wěn)定性因素，對指導(dǎo)大采高巷道參數(shù)設(shè)計非常重要。

1．試驗工作面巷道側(cè)煤柱尺寸大小

　　試驗大采高面巷道側(cè)為正在回采 31005 工作面， （見圖 2所示）。31005 工作面與試驗大采高面間凈煤柱 27.4m，回采期間煤柱能夠保持穩(wěn)定，有利于大采高巷道的穩(wěn)定。

2．相鄰工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律

　　相鄰 31005 工作面正在回采，礦山壓力顯現(xiàn)強(qiáng)弱影響到巷道的穩(wěn)定。31005 工作面回采與試驗大采高工作面巷道掘進(jìn)對穿，巷道受臨近采空區(qū)動壓影響顯著，需要重點加強(qiáng)支護(hù)；且需要掌握 相鄰工作面采場礦壓規(guī)律，以便更好地指導(dǎo)試驗巷道支護(hù)設(shè)計。

四、試驗巷道支護(hù)設(shè)計

試驗巷道為大采高工作面材料巷，掘進(jìn)斷面寬 5.2m，高4.1m，掘進(jìn)面積 21.32m 2 。根據(jù)以上分析，提出材料巷采用主動高預(yù)應(yīng)力錨桿（索）支護(hù)技術(shù)，具體設(shè)計方案如下：

　　頂板布置 6 根 φ20-M22-2200 高強(qiáng)度錨桿，采用型號BHW3-280-4700 的 W 鋼帶護(hù)頂，配合菱形金屬網(wǎng)護(hù)頂幫，錨桿間排距 900×1000mm，設(shè)計頂錨桿預(yù)緊力矩 300N·m，采用風(fēng)動扳手預(yù)緊。頂板再輔助 2 根 φ17.8-1×7-4300 錨索加強(qiáng)支護(hù)，間排距 2500×2000mm，設(shè)計錨索預(yù)緊力 200kN。

　　兩幫布置 4 根 φ20-M22-2200 高強(qiáng)錨桿加強(qiáng)煤幫支護(hù)，配合厚度 3mm，寬度 280mm，長度 400mm 的 W 鋼護(hù)板，使用與頂板相同菱形金屬網(wǎng)互幫，錨桿間排距 1000×1000mm。幫錨桿預(yù)緊力矩也設(shè)計為 300N·m（大采高材料巷支護(hù)設(shè)計如圖 3 所示）。

五、支護(hù)效果分析

大采高材料巷支護(hù)試驗期間，觀測了巷道頂板離層和表面位移變化（監(jiān)測數(shù)據(jù)結(jié)果見圖 4 和圖 5 所示）。從圖 4 和圖 5 觀察到，采用高主動預(yù)緊力錨桿（索）支護(hù)

技術(shù)，試驗巷道在掘進(jìn)后頂板離層和巷道表面位移控制在安全生產(chǎn)許可范圍之內(nèi)，在距離掘進(jìn)面 75m 后巷道圍巖變形趨于穩(wěn)定。從監(jiān)測數(shù)據(jù)看，掘進(jìn)期間試驗巷道兩幫最大移近量 176mm，頂?shù)装遄畲笪灰?122mm，受到臨近工作面采動影響，試驗巷道圍巖變形以兩幫為主，主要特征表現(xiàn)為向巷內(nèi)擠入，經(jīng)過采取補(bǔ)打錨索加強(qiáng)煤柱幫支護(hù)后，變形得到了控制，沒有再發(fā)生大的移近。

　　截止到目前為止，試驗巷道已經(jīng)經(jīng)過大約 9 個多月時間的掘出，巷道沒有再出現(xiàn)大的變形，圍巖保持了長期的穩(wěn)定，等待大采高工作面回采。

繩頭撈出道心，同時絞車司機(jī)要控制好轉(zhuǎn)速或停車，以免發(fā)生人生事故。綜上所述，φ2m 絞車機(jī)械自動摘鉤和自動撈繩裝置成為我礦首選并試驗成功。自其使用以來運行效果好，它不僅可以自動摘鉤，而且還可以自動撈繩，填補(bǔ)了國內(nèi)在短距離車場實現(xiàn)自動摘鉤、自動撈繩的空白 。該自動摘鉤裝的不足之處：由于絞車的鋼絲繩的牽引方向和軌道的方向相同，當(dāng)自動撈繩機(jī)構(gòu)（彈簧）變形，未及時采取有效措施時，絞車鋼絲繩頭就會掉到軌道道心上，常阻礙4 輛載重礦車的安全運行，礦車易下道。為此要按照裝置的以下各項特性予以安全防范：

（1）摘鉤裝置有較高的機(jī)械強(qiáng)度，能承擔(dān)幾噸的重量；

（2）繩子跑道有較高的承載重能力；

（3）巷道頂板、側(cè)面巷梆預(yù)埋藏構(gòu)件及巖石強(qiáng)度足夠；

（4）承拉工字型鋼不變形、彎曲；

（5）撈繩索的彈簧不變形，彎曲量在彈力范圍內(nèi)；

（6）撈繩索的助拉鏈條或彈簧要有足夠的強(qiáng)度，滑輪及

彈簧容易損壞，要勤檢查維護(hù)。

五、結(jié)　語

　　研制成的自動摘鉤、自動撈繩裝置在幾個月內(nèi)圓滿完成了預(yù)定目標(biāo)：

1．兩米月均運量達(dá) 18000 車；

2．未出現(xiàn)因自動摘鉤、自動撈繩裝置安裝運行導(dǎo)致的輕傷及以上事故；

3．未出現(xiàn)影響運輸提矸停產(chǎn)以上的設(shè)備、設(shè)施事故。

六、結(jié)　論

1．針對大采高聯(lián)合開采特點，分析了 2 種掘進(jìn)方式的利弊，確定大采高試驗巷道選擇沿 10# 煤層底板掘進(jìn)方式。

2．分析了試驗工作面巷道支護(hù)影響因素，主要受到臨近工作面回采動壓影響，相鄰采空區(qū)留設(shè) 27m 煤柱保護(hù)了

試驗巷道的安全，掌握回采工作面礦壓規(guī)律可指導(dǎo)巷道支護(hù)設(shè)計。

3．采用高主動預(yù)應(yīng)力錨桿（索）支護(hù)技術(shù)，解決了特大斷面煤巷支護(hù)難題，為后續(xù)大采高工作面巷道支護(hù)奠定了基礎(chǔ)。

4．試驗巷道礦壓監(jiān)測結(jié)果表明，主動給錨桿（索）施加高預(yù)緊力是支護(hù)的關(guān)鍵，必須在錨桿安裝后及時將預(yù)緊力施加到位。