15#煤采空側巷道高應力區(qū)設計優(yōu)化研究

張麗斌

(山西國辰建設工程勘察設計有限公司，山西 陽泉 045400)

1 研究背景

15#煤下層采空側高應力巷道的安全狀況，一直是影響煤礦安全高進高效的難題。由于受采空區(qū)的影響及掘進期間與回采巷道交鋒，掘進過程中動壓巷道的礦壓顯現(xiàn)明顯，巷道側壓大，兩幫及巷道底鼓變形嚴重一直是困擾我礦綜掘的主要問題，已成為制約安全生產的最大瓶頸[1-3]。

2 實施方法和技術路線

從技術因素來看，15#煤下層動壓巷道的基本特點在于巷道在掘進過程中，多數(shù)處于原始應力場中的靜壓狀態(tài)，一旦受到周圍的采動影響，在各種集中壓力作用下，改變了原巖應力場中的靜壓狀態(tài)，應力值突然增大，導致巷道圍巖應力的再次或多次重新分布。因此，我礦對15#煤采空側高應力巷道進行了層位優(yōu)化設計，提出采用上層掘進方案，從施工工藝、巷道斷面支護參數(shù)兩個方面進行優(yōu)化。

2.1 巷道施工層位優(yōu)化

15#煤下層采空側高應力巷道優(yōu)化前均沿15#煤層底板布置，層位優(yōu)化設計后，采空側巷道沿15#煤直接頂開口掘進至距切巷距離100 m時，按12°下坡掘進至下層后沿15#煤底板掘進到指定位置后停止掘進。

15#煤采空側高應力巷道層位優(yōu)化設計后，巷道的頂板比原來15#煤拖頂煤的頂板較好管理，因掘進速度提高，出面時間相對較快，回采銜接時間也進一步提前，兩幫的位移量比15#煤拖頂煤掘進期間的位移量較小，巷道的底鼓量比15#煤拖頂煤掘進期間的底鼓量沒有明顯的變化，15#煤托頂煤掘進期間的底板為15#煤底板，底鼓后起底為巖石底板工程量相對較大、工人施工困難，巷道優(yōu)化設計沿15#煤直接頂開口，底板為煤底板底鼓后工程量相對較小，起底速度較快，不影響進尺，層位優(yōu)化設計后將改善我礦的采空側巷道變形嚴重、重復整巷等問題，進一步提高了我礦采空側巷道的單進水平。

2.2 斷面支護參數(shù)優(yōu)化

2.2.1 15#煤下層采空側巷道平面圖(設計優(yōu)化前，見圖1)

圖1 15#煤下層采空側巷道平面圖(mm)

K8208回風采用“雙錨、托棚”聯(lián)合支護?！半p錨”即頂部采用“短錨索+網+鋼帶+加強錨索”，兩幫采用“幫錨桿+網”支護，煤柱幫幫錨索補強支護。 頂部6根短錨索和1根中路加強錨索(M鋼帶壓網)，間距700 mm，排距800 mm，幫錨桿每排8根(壓網)，每幫4根，間距870 mm，排距800 mm；加強錨索布置兩路，距巷中1.15 m各一根，排距1.6 m。托梁平行于頂鋼帶布置。煤柱幫布置兩路錨索，間距1.1 m，排距1.6 m ，最上一路距頂板900 mm，托梁垂直于巷道底板布置，頂幫網必須鋪設雙層網。托棚支護：巷道左右兩幫各支一路，托棚距巷幫不大于0.5 m，行人幫靠皮帶架布置一路。托棚至少一梁四柱支設，托棚梁采用Φ20 cm×4 800 mm的一面平大梁，柱為2.18 m～3.15 m的DWX系列懸浮單體柱或2.8 m～3.5 m的DW系列單體柱。

2.2.2 15#煤上層采空側巷道平面圖(設計優(yōu)化后，見圖2)

圖2 15#煤上層采空側巷道平面圖(mm)

K8305回風采用 “錨桿、W鋼帶、網、加強錨索”支護，頂部W鋼帶布置6根錨桿，間距840 mm，排距800 mm，加強錨索布置兩路，排距0.8 m，距巷中1.15 m各一根，錨索托梁平行于鋼帶布置。兩幫采用“幫錨桿、網”支護，煤柱幫幫錨索補強支護。幫錨桿每排8根，每幫4根，間距870 mm，排距800 mm；煤柱幫布置兩路幫錨索，間距1.1 m，排距1.6 m ，最上一路距頂板900 mm，托梁垂直于巷道底板布置。

3 工業(yè)性試驗情況

我礦一直在研究15#煤下層采空側高應力巷道的支護及掘進緩慢等問題，2015年12月開始在K8305回風層位優(yōu)化設計，由原設計沿15號煤下層布置改為上層布置，來改善我礦動壓巷道掘進緩慢及變形嚴重的問題，優(yōu)化層位后我礦15#煤下層采空側巷道月平均進尺在220 m以上，K8305回風設計長度1 650 m，優(yōu)化設計后8個月施工完畢，相比未技改前提前2個月出面。

K8305回風層位優(yōu)化后掘進節(jié)約成本980元/m，合計161.7萬元；取消了超前支設的順巷托棚，每月按掘進220 m算，需單體柱570根，每根單體柱的租金為3.8元，1 650 m巷道節(jié)約單體柱租金為428.9萬元；取消了雙網每米節(jié)約成本100元，共計16.5萬元；累計607.1萬元。

4 結語

通過對15#煤下層采空側高應力巷道施工層位工藝革新和斷面支護參數(shù)進行優(yōu)化。經項目實施證明，巷道成型好，變形量明顯減小，成本投入也大幅度降低，推廣應用前景廣泛。