沿空掘巷技术在4310皮带顺槽的应用

沿空掘巷技术在4310皮带顺槽的应用摘要采动影响对巷道支护的影响是非常大的，本文以许厂煤矿4310皮带顺槽为例，通过对该巷道地质条件的分析，利用数值模拟和工程类比方法，确定4310皮带顺槽锚杆支护参数及煤柱的合理宽度，并通过巷道矿压观测对4310皮带顺槽支护参数及时加以修正，以确保巷道的安全快速掘进。

关键词沿空掘巷；数值模拟；工程类比；矿压观测

中图分类号td353 文献标识码a 文章编号

1674-6708（2012）71-0066-02

1 4310皮带顺槽的地质概况

许厂煤矿是山东能源淄矿集团的主要矿井之一，为了解决接续问题和尽可能提高回采率，准备在4310皮带顺槽实施沿空掘巷，4310皮带顺槽西邻530辅助回风巷，东邻已回采的4308面。

巷道设计长度为772m，该巷道在下二迭统山西组3下煤层及其顶、底板中施工。煤层黑至灰黑色，沥青、油脂光泽，碎块状至条带状结构，半亮型，以亮煤、暗煤为主，夹少量镜煤条带。

内生裂隙发育，充填少量钙质和黄铁矿薄膜，煤层沉积稳定，结构较简单，局部有夹矸，夹矸最大厚约0.3m，煤层厚度变化不大，一般在3.8m～4.2m之间，平均3.9m，沿掘进方向煤层倾角为-6°～+3°，平均+2°。

2 预留保护煤柱宽度的确定

因4310皮带顺槽东侧为4308工作面采空区，通过对4310皮带顺槽地质条件分析，根据沿空掘巷的矿压显现规律，需确定煤柱的合理宽度以便进行巷道支护。

根据我矿多次沿空掘进观测资料表明，沿空掘巷时，一般顶板的位移量变化不大，通常在300mm以下，但巷道两侧近顶板处位移量明显有较大的差异，一般沿采空区一侧大于实煤区一侧；沿空巷两帮向巷道内的水平移动也明显不同，说明巷道两帮侧压也不同，多数情况下是实煤侧大于采空侧；此外多数巷道的两侧顶压也不同，一般是靠采空侧顶压大而靠煤体侧小。

由于煤体边缘存在低压区，沿采空区侧掘巷时，煤柱较小对巷道围岩稳定较为有利，我们利用4310皮带顺槽地应力分布特征，采用煤（岩）体表面相对位移监测方法，数值模拟了4308工作面采过、稳定以后，预留不同宽度的煤柱对4310皮带顺槽的施工存在的影响情况。

当煤柱过小（小于2.5 m）时，由于工作面采动后影响，使围岩较为破碎，而锚杆锚固力较小支护不住煤体；当煤柱宽度大于6 m 后，随着煤柱宽度的增大，巷道围岩应力也会变大，两帮位移量跟着变大；因此为使沿空巷道较易维护，煤柱宽度以5.0m最为有利，所以将4310皮顺保护煤柱宽度确定为5.0 m。

3 支护设计

沿空掘进时，为防止采空区向巷道窜矸或是采空区积水和有毒

有害气体进入巷道，在4310皮带顺槽和4308采空区之间预留5m

的煤柱，掘进过程中无明显压力，某些地段可能有水渗出，但不影响掘进，局部可能会有挤帮现象出现。

除了在在支护参数和材料进行优化设计以外，还需要使实际巷道掘进宽度比设计宽度两帮各多出200mm，这样即使挤帮的情况发生，也不影响巷道的正常使用，不需要花费更多的人力、物力、财力进行巷修。

3.1 支护材料参数设计

3.1.1 顶锚杆参数确定

1）顶板两侧锚杆长度的确定

顶板两侧锚杆长度的确定原则是：使其锚固端水平投影伸入两帮内0.5m以上，以保证受到两帮煤体的有效支撑，从而实现巷道顶部载荷向两帮转移，按下式计算：

l=（l1+l2）/sinβ+l3+l4=（0.5+0.3）/sin75+1.0+0.10=1.9m 式中：

l-倾斜锚杆长度；

l1-要求锚固端水平投影伸入煤体内的距离，取l1=0.5m；

l2-倾斜锚杆下端到煤壁的水平距离，取l2=0.3m；β-倾斜锚杆水平面夹角，取β≥75°；

l3-额定锚固长度，取l3=1.0m；

l4-锚杆外露长度，取l4=0.1。根据锚杆系列长度，取顶板锚杆

长度为2.4m。

2）顶锚杆直径校验

按杆体强度与锚固力相匹配的原则确定杆体直径。额定锚固力为：

p锚=π×φ孔×σ’×l锚

=3.14×27×1.45×1000=122931n

式中：

φ孔-锚杆孔径，取27mm；

σ′-锚固剂与孔壁之间的粘结强度：取1.45mpa；

l锚—锚固剂长度，取1 000mm；杆体采用20mnsi高强度全螺纹钢锚杆材料，其直径应满足π×d2×σs/4≥p锚，则d≥=17.03mm 式中：

d-锚杆杆体直径；

σs-杆体屈服强度，取540n/mm2；

根据锚杆系列直径取d=18mm。

3）顶锚杆间排距

根据全煤巷道锚杆支护经验和巷道宽度及服务年限，确定锚杆间距为0.9m。

锚杆排距l排应满足：

l排=n×n/[ 2k×r×b×（l-l4）] =5×85/[ 2×5×2.5×4.2×（2.4-0.1）] =1.76m

式中：

n-每排锚杆棵数，取5条；n-每棵锚杆锚固力，取85kn；k-安全系数，取5；r-顶板岩层容重，取2.5t/m3；b-巷道荒宽，取4.2m；l-锚杆长度，取2.4m；l4-锚杆外露，取0.1m；根据以往施工经验，结合上式计算，取l排=0.9m。

3.1.2 帮锚杆参数确定

1）帮锚杆长度

帮=l1+l2+l3=0.827+0.5+0.1=1.427m

式中：

l1-两帮潜在松塌区宽度，l1=h×tg（45-ψ/2）=3.6×tg

（45-63.4/2）=0.85m；

l2-帮锚杆的额定锚固长度，取0.5m；l3-帮锚杆外露长度，取0.1m；

根据锚杆系列长度，取帮锚杆长度为1.8m。

2）帮锚杆杆体直径校核

帮锚杆选用20mnsi高强度全螺纹钢锚杆，帮锚杆锚固力初步确定为85kn，选用一支树脂锚固剂。计算帮锚杆直径，帮锚杆杆体直径应满足额定锚固力要求。

即：

π×d2×σs/4≥p锚

则d≥=17.03mm