运输顺槽沿顶掘进在厚煤层综放工作面的应用

张建礼

（山西晋盂煤业（集团）有限公司，山西 盂县 045100）

1 工程概况

晋盂煤业跃进矿核定生产能力120万t/a，主采煤层为3#煤和15#煤，开采标高700～130m。目前正在进行3#煤层开采，3#煤层埋深在450～500m，上距下石盒子组底K8砂岩约30m，下距太原组K6灰岩8～14m，煤层厚度变化较小，平均厚6.19m，煤层结构简单，含0～1层厚度为0.1～0.9m的夹矸，稳定可采。工作面采用综放采煤法，全部垮落法管理顶板。工作面直接顶为泥岩、砂质泥岩和粉砂岩，厚度1.0～1.6m，基本顶为细砂岩、粉砂岩和中粒砂岩，厚度6～8m，局部存在厚度较小的泥岩伪顶，随采随落，底板为砂质泥岩或泥岩[1-2]。

2 巷道围岩变形破坏原因分析

工作面运输从轨道大巷和总回风大巷下部穿过，沿煤层顶板掘进，断面为矩形，宽4.2m，高3.3m，巷道的高度小于煤层厚度，巷道的顶板位于煤层之中。由于煤层硬度较小，锚杆的预紧力很难达额定值，锚杆支护效果差，巷道表面围岩变形或者破碎后，锚杆很容易失效[3]，从而导致锚杆的支护作用没有发挥出来。对于沿底板掘进的巷道支护时，巷道支护的参数还是按照传统的方案来进行选取，忽视了地质条件变化带来的支护效果的变化。因此，在运输巷沿着煤层底板掘进时，巷道的变形极为严重，给维护带来了巨大的难题，严重威胁着煤矿的安全生产。

沿底板掘进顺槽给工作面的生产带来了很大的安全问题，而且增加了生产成本。为此，经过与工程部研究，决定放弃采用沿底板掘进顺槽，改用沿顶板进行顺槽掘进。由于改变了掘进的方式，所以对巷道的支护方案重新设计。下面对巷道支护的参数进行分析，并选择合适的支护材料。

3 运输顺槽沿顶板掘进时锚杆、锚索支护参数

顶板确定布置5根锚杆，锚杆间距950mm；巷道两帮各布置4根锚杆，间距为900mm，锚杆排距确定为1000mm。具体支护参数为：

（1）顶板锚杆：使用左旋螺纹钢高强锚杆，规格为Ф20×2400mm，并采用配套的高强度螺母及托盘，规格为120×120×10mm。安装锚杆时，钻孔的直径不小于28mm，采用树脂的型号为K2335和Z2360。为了保证支护的有效性及节省用料，在巷道的顶板采用金属网和钢筋梁进行加强支护，钢筋梁的有效长度为4200mm，由于市场没有对应的型号，需要自行加工；巷道顶板金属网型号为4200×1100mm，使用菱形网来匹配，相邻之间网搭接大约100mm，用铁丝进行连结。施工时锚杆预紧力矩要确保不少于200N•m。

（2）顶板锚索：根据以往的经验和现有的条件，使用的高强度锚索的规格为Ф17.8mm，长6500m，锚索由7股钢丝拧成。在使用时锚索的有效长度为6200mm，间隔2000mm左右，每排布置2根，其间距为2000mm。每根锚索在安装时需要3支树脂锚固剂进行锚固，其型号为Z2350树脂药卷。在进行锚固时，锚固剂有效锚固长度为1450mm，因此需要在锚索锚固端1400mm处进行固定。锚索托盘匹配300mm×300mm×12mm的高强平托盘，施工时锚索预紧力应≥200kN。遇煤层厚度变化较大的地段，锚索长度可根据需要调整，锚索应深入煤层顶板3000～4000mm。

（3）两帮锚杆：根据以往的经验和现有的条件，锚杆应使用左旋螺纹钢高强锚杆，其型号为Ф20×2000mm，锚杆的强度应不低于335MPa。采用配套的高强度螺母及托盘，这里采用的规格为150×150×10mm的托盘。锚杆角度布置成顶角向顶倾斜15º左右,底角处锚杆向底倾斜10º左右，其他锚杆均垂直两帮布置。打钻时孔直径为28mm，每孔放置型号为K2335与Z2360两支树脂药卷[4]。梯子梁采用Ф10～12mm的钢筋自行制作（梯子梁钢筋比顶板稍细），长度为3300mm，两端封闭；巷道两帮金属网为3300×1100mm菱形网，相邻网之间搭接大约100mm，用铁丝来进行连结。煤柱侧锚杆预紧力矩应大于150N·m。图1为运输顺槽沿顶掘进巷道锚杆布置图，图2为运输顺槽沿顶掘进巷道锚索布置图。锚杆安装后需要进行二次紧固。

4 矿压监测

4.1 测点和测站的布置

为了检验运输顺槽沿煤层顶板掘进的效果，在工作面运输顺槽设置了两个测站，两个测站的间距为70m，选取有代表性的围岩，用十字布点法进行测量[5]，对工作面运输顺槽巷道表面位移量进行监测。观测时间为45d，每2天测一次。

图1 巷道锚杆布置示意图

图2 巷道锚索布置示意图

4.2 监测结果

图3是工作面运输顺槽巷道表面位移量变化图，通过45d的数据监测纪录，在巷道施工15d内工作面运输顺槽顶底板和两帮位移量增加速度比较快。巷道围岩变形量在25d左右开始趋于稳定，巷道围岩顶板位移量稳定在90mm，底板位移量稳定在62mm。巷道围岩左帮位移量稳定在80mm，右帮位移量稳定在70mm。

5 结论

针对原有的沿煤层底板掘进运输顺槽存在的支护困难的问题，改用了沿煤层顶板掘进顺槽的策略，并重新设计了支护方案。着重分析了支护参数以及支护材料的选取。现场围岩位移监测结果表明：在进行顶板掘进顺槽后，围岩变形明显减缓，维护量明显减少，顺槽的使用寿命增加。提高了矿井煤矿开采的效率，保证了煤矿生产的安全性。因此，对于厚煤层开采时，运输顺槽应沿煤层的顶板进行掘进，可以为相似地质条件下厚煤层开采时运输顺槽的施工和支护提供参考。

图3 巷道表面位移量变化