舊街煤業(yè)9201工作面支護(hù)技術(shù)研究

荊振華

(1.山西煤炭運(yùn)銷(xiāo)集團(tuán)陽(yáng)泉有限公司，山西 陽(yáng)泉 045000；2.山西煤炭運(yùn)銷(xiāo)集團(tuán)科學(xué)技術(shù)研究有限公司，山西 太原 030006)

引 言

山西陽(yáng)泉、臨汾、忻州和大同等區(qū)域的所屬礦井存在著大量近距離或極近距離煤層，其工作面巷道布置方式多為內(nèi)錯(cuò)、外錯(cuò)或垂直布置[1-4]，三種布置方式各有優(yōu)缺點(diǎn)。本文以陽(yáng)泉區(qū)域舊街煤業(yè)9#煤層9201工作面為研究對(duì)象，對(duì)其工作面概況進(jìn)行了分析，確定了9201工作面巷道圍巖分類(lèi)結(jié)果，提出了9201工作面巷道錨固支護(hù)方案。

1 9201工作面概況

1.1 煤層基本情況

9#煤層位于太原組上部，上距8#煤層平均4.69 m，局部(主井附近)與8#煤層合并。煤層厚度為1.71 m～3.30 m，平均2.77 m，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，含0層～2層夾矸。頂板巖性為粉砂巖～泥巖，底板為泥巖～細(xì)砂巖。9#煤層可采性指數(shù)為1，煤層變異系數(shù)19.95%，為井田內(nèi)穩(wěn)定可采的中厚煤層。

礦井瓦斯絕對(duì)涌出量為42.90 m3/min，相對(duì)涌出量為36.79 m3/t；二氧化碳絕對(duì)涌出量為1.47 m3/min，相對(duì)涌出量為1.26 m3/t。礦井瓦斯等級(jí)鑒定結(jié)果為高瓦斯礦井。開(kāi)采9#煤層時(shí)，前期礦井瓦斯最大絕對(duì)涌出量為22.28 m3/min、瓦斯最大相對(duì)涌出量為17.65 m3/t；中期礦井瓦斯最大絕對(duì)涌出量為26.62 m3/min、瓦斯最大相對(duì)涌出量為20.77 m3/t；后期礦井瓦斯最大絕對(duì)涌出量為32.85 m3/min、瓦斯最大相對(duì)涌出量為26.02 m3/t。由于8#煤層與9#煤層相距較近，9#煤層的瓦斯大部分在8#煤層開(kāi)采時(shí)，因受到采動(dòng)影響而得到了釋放，9#煤層開(kāi)采時(shí)的瓦斯涌出量相比8#煤層要少很多。煤塵有爆炸危險(xiǎn)性，9#煤層吸氧量為0.9 cm3/g，自燃等級(jí)為Ⅲ級(jí)，屬不易自燃。

1.2 地質(zhì)構(gòu)造與水文地質(zhì)條件

9201工作面地表為山坡、山溝地形，南部距桃河支流約400 m，總體位于新景礦井田南部，煤層標(biāo)高低，埋藏深，上部受多層隔水層的阻隔，加之地面地勢(shì)北高南低利于降水排泄，地面補(bǔ)給水很少。9#煤層直接充水含水層為山西組K7砂巖含水層，一般情況下由于該含水層富水性弱，補(bǔ)給條件差，預(yù)計(jì)地表水對(duì)工作面正常掘進(jìn)無(wú)直接影響。

9201工作面從西區(qū)回風(fēng)巷往北68 m上部為8#煤層實(shí)體區(qū)，68 m～583 m上部為已封閉的8#煤層8303工作面采空區(qū)，根據(jù)8303工作面采掘期間水文地質(zhì)資料分析，預(yù)計(jì)采空區(qū)不會(huì)存在積水，但在9201工作面掘進(jìn)送巷期間，加強(qiáng)對(duì)上部8#煤層采空區(qū)的探測(cè)。

根據(jù)附近已揭露煤層情況和水文地質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，預(yù)計(jì)9201工作面煤層及頂?shù)装宀缓牡刭|(zhì)條件簡(jiǎn)單，無(wú)突水危險(xiǎn)，掘進(jìn)期間主要水源為工作面支護(hù)及防塵用水。另外，9201工作面順槽為上山掘進(jìn)，利于排水。

1.3 9201工作面巷道布置

9201工作面井下位于井田西部，屬+425水平，9201工作面為舊街煤礦西采區(qū)回采的第二個(gè)工作面，井下位于井田西部，巷道東部為9202綜采工作面，西部為礦界，南部為西區(qū)回風(fēng)、軌道、運(yùn)輸大巷，北部為礦界，上部為8#煤層8302和8303采空區(qū)。9201工作面巷道與上部8#煤層8302工作面采用同向內(nèi)錯(cuò)方式進(jìn)行布置，9201工作面進(jìn)風(fēng)順槽位于8302工作面采空區(qū)之下，與8302回風(fēng)順槽錯(cuò)距25 m。9201工作面回風(fēng)順槽位于8303工作面采空區(qū)之下，與8303回風(fēng)順槽錯(cuò)距12 m。兩順槽均位于上部煤層采空區(qū)下方，處于應(yīng)力降低區(qū)，圍巖受力小，對(duì)于巷道支護(hù)有利。

該工作面9#煤層走向?yàn)镾N，傾向WE，傾角6°～10°，平均8°左右，煤厚2.60 m～3.50 m，平均3.05 m，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，含0層～2層夾矸，賦存穩(wěn)定。

2 9201工作面圍巖力學(xué)評(píng)估

直接頂板為粉砂巖～泥巖，厚0.20 m～11.27 m。局部在主井附近9#煤層與8#煤層合并，出現(xiàn)0.20 m厚的泥巖。9#煤層直接頂板裂隙比較發(fā)育，易于冒落，對(duì)采空區(qū)充填比較充分，無(wú)明顯的周期來(lái)壓。底板一般為泥巖～細(xì)粒砂巖，厚0.82 m～7.13 m。對(duì)支護(hù)有利，表1為9#煤層頂板巖石力學(xué)性質(zhì)測(cè)試結(jié)果。

表1 9#煤層頂板巖石力學(xué)性質(zhì)測(cè)試結(jié)果表

9#煤層直接頂上部除西區(qū)回風(fēng)巷往北68 m為8#煤層實(shí)體區(qū)外，其余巷道上部均為8#煤層采空區(qū)。對(duì)其頂板和煤幫進(jìn)行窺視，其結(jié)果為：1) 9201工作面回風(fēng)順槽開(kāi)口煤幫處，孔深6 m，0.8 m～1.3 m處有明顯裂痕，巷幫煤體相對(duì)來(lái)說(shuō)裂隙局部較為發(fā)育，局部有破碎和空洞，煤體完整性較差；2) 9201工作面回風(fēng)順槽開(kāi)口頂板處，孔深15 m，頂板0 m～4.1 m為8#煤層直接頂，黑色泥巖，質(zhì)軟易碎，無(wú)明顯裂隙，巖層完整；4.1 m～7 m為砂質(zhì)泥巖，灰黑色；7 m～10 m為深灰色細(xì)砂巖，質(zhì)硬，含有黃鐵礦結(jié)核；7.6 m～7.8 m處有明顯裂隙，局部有破碎和空洞，頂板巖層完整性較好；3) 軌道大巷頂板處，孔深15 m。頂板0 m～4.1 m為8#煤層直接頂，黑色泥巖，質(zhì)軟易碎，巖層局部破碎，4.1 m～7 m為灰黑色粉砂巖，含鈣質(zhì)及白云母碎屑，7 m～13 m為黑色泥巖，中部有1層～2層含有黃鐵礦結(jié)核，有時(shí)相變?yōu)樯百|(zhì)泥巖；12.1 m～12.3 m處有明顯裂痕，巖層整體性較好；4) 回風(fēng)大巷頂板處，孔深15 m，頂板0 m～4.1 m為8#煤層直接頂，黑色泥巖，質(zhì)軟易碎，巖層完整，4.1 m～7 m為泥巖，灰黑色泥巖，含鈣質(zhì)結(jié)核，7 m～15 m為泥巖，含黃礦結(jié)核，0.8 m～1 m處有明顯破碎，巖層整體性較好。

9201工作面位于井田西部的山梁地段，地形北高南低，坡度明顯，地表無(wú)建筑物和積水地形，局部有黃土覆蓋，蓋山厚度為468 m～550 m。煤層內(nèi)部發(fā)育完整，厚度約2.6 m～3.5 m，平均厚度3.05 m，賦存穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，一般含1層～2層夾矸；煤層以亮煤為主，內(nèi)生裂隙發(fā)育。根據(jù)8#、9#煤層采掘揭露情況，預(yù)計(jì)9201工作面范圍內(nèi)無(wú)構(gòu)造，在掘進(jìn)過(guò)程中不會(huì)遇到斷層和破碎帶，對(duì)掘進(jìn)無(wú)影響。該工作面上覆從西區(qū)回風(fēng)大巷往北60 m～68 m為8#煤層實(shí)體區(qū)，其余部分是8303、8302工作面采空區(qū)。

9201工作面進(jìn)、回風(fēng)巷上部為8#煤層實(shí)區(qū)的巷道斷面為矩形，掘進(jìn)斷面尺寸均為寬4.2 m，高3.2 m，根據(jù)頂板圍巖結(jié)構(gòu)觀察結(jié)果，對(duì)9201工作面進(jìn)風(fēng)巷和回風(fēng)巷8#煤層實(shí)體區(qū)的圍巖進(jìn)行了分類(lèi)，分類(lèi)結(jié)果均為Ⅳ級(jí)，為不穩(wěn)定圍巖。9201工作面進(jìn)、回風(fēng)巷上部為8#煤層采空區(qū)段巷道，斷面為梯形，掘進(jìn)斷面上寬4.0 m，下寬4.6 m，高3.2 m，由于9#煤層上距8#煤層平均4.69 m，局部與8#煤層合并。對(duì)9201工作面進(jìn)風(fēng)巷和回風(fēng)巷8#煤層采空區(qū)的圍巖進(jìn)行了分類(lèi)，分類(lèi)結(jié)果均為Ⅴ級(jí)，為極不穩(wěn)定圍巖。

3 9201工作面巷道錨固支護(hù)方案

9201工作面進(jìn)、回風(fēng)巷上部為8#煤層實(shí)體區(qū)的巷道掘進(jìn)斷面尺寸為寬4.2 m，高3.2 m，矩形斷面，凈寬4.0m，凈高3.0m。

基本支護(hù)方式為錨桿+錨索+網(wǎng)+W鋼帶。頂錨索為Ф21.6 mm×8 200 mm，頂錨索間距900 mm，排距1 000 mm，每排5根錨索；錨固劑MSCK2335和MSZ23120各一支，張拉力不低于300 kN；W型錨索托盤(pán)，220 mm×300 mm×12 mm；W鋼帶BHW-220-4-4000。幫錨索為Ф17.8 mm×4 200 mm，排距2 000 mm，間距900 mm；錨固劑MSZ23120一支，張拉力不低于250 kN；穹形錨索托盤(pán)，300 mm×300 mm×14 mm。幫錨桿Ф20 mm×2 000 mm左旋螺紋鋼，排距1 000 mm，間距1 000 mm；錨固劑MSCK2360和MSZ2360各一支，設(shè)計(jì)錨固力不低于120 kN，預(yù)緊扭矩不低于250 N·m；穹形錨桿托盤(pán)，150 mm×150 mm×10 mm；鋼帶為Ф10 mm鋼筋梯子梁。

9201工作面進(jìn)、回風(fēng)順槽上部為8#煤層采空區(qū)時(shí)巷道斷面為梯形，上寬4 000 mm，下寬4 600 mm，高3 000 mm。采用梯形棚進(jìn)行支護(hù)，棚距為800 mm；梯形棚頂梁與頂板之間鋪設(shè)鋼筋網(wǎng),并使用勾木進(jìn)行勾頂，兩幫使用勾木進(jìn)行盤(pán)幫，最后采用拉鉤和撐木進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)；兩幫補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)方式為幫錨索，排距2 000 mm，間距900 mm，錨索張拉力不低于250 kN。梯形棚為頂梁12#礦用工字鋼，梁長(zhǎng)棚腿11#礦用工字鋼，配套拉桿、卡扣。

如遇頂板破碎、完整性較差時(shí)采用縮小支護(hù)排距，或在9#煤層頂板下提前打鋼釬進(jìn)行超前維護(hù)頂板，或進(jìn)行注膠加固圍巖。

9201工作面進(jìn)風(fēng)巷和回風(fēng)巷長(zhǎng)度均為594 m。從巷道開(kāi)口起，每隔50 m開(kāi)始布置測(cè)站。頂板離層測(cè)站布置1臺(tái)頂板離層儀，錨桿(索)應(yīng)力測(cè)站布置4套錨桿(索)應(yīng)力計(jì)。9201工作面進(jìn)風(fēng)巷和回風(fēng)巷采用架棚支護(hù)段巷道，各布置3組巷道圍巖變形觀測(cè)站，位置分別位于150 m、300 m、450 m處。

4 結(jié)論

舊街煤業(yè)8#煤層與9#煤層屬近距離開(kāi)采煤層，9201工作面上覆8#煤層8302和8303采空區(qū)，采用同向內(nèi)錯(cuò)方式進(jìn)行布置。9201工作面進(jìn)、回風(fēng)巷上部為8#煤層實(shí)區(qū)的巷道圍巖分類(lèi)結(jié)果為Ⅳ級(jí)，為不穩(wěn)定圍巖；9201工作面進(jìn)、回風(fēng)巷上部為8#煤層采空區(qū)段的巷道圍巖分類(lèi)結(jié)果均為Ⅴ級(jí)，為極不穩(wěn)定圍巖。針對(duì)這兩級(jí)圍巖分類(lèi)，提出了錨桿+錨索+網(wǎng)+W鋼帶支護(hù)和棚式支護(hù)兩種支護(hù)方式，并設(shè)計(jì)了礦壓監(jiān)測(cè)測(cè)站。該研究可以為舊街煤業(yè)9#煤層工作面巷道的支護(hù)方式提供參考。