西曲矿近距离煤层采空区下巷道支护的优化

冯琦勇

（西山煤电（集团）有限责任公司西曲矿，山西 古交 030200）

西曲矿4#煤层与上覆2.3#煤层的层间距较小，平均4.5～10 m，属近距离煤层[1-2]。4#煤工作面两巷一般布置在2.3#煤层采空区下，巷道掘进期间，通常采用锚棚联合支护的方式，存在安全系数低、井下作业人员劳动强度大、掘进工效低、支护材料消耗大[3]等方面的问题。通过数值模拟、工程类比的方法[4-5]，提出了采用纯锚支护的方式替代锚棚联合支护思路，巷道断面由梯形断面改为矩形断面，优化了原支护方案，并在14305工作面正巷进行了试验，取得了良好的效果。

1 概况

14305工作面盖山厚度约为167～245 m，平均厚度207 m，工作面位于南三与北一盘区交界处，西南部为14301采空区及其空巷，西部为14302采空区，北部与东部由于煤层变薄而未开采。工作面上覆12315、12316工作面采空区，层间距4.5～10 m。

14305工作面正巷设计长度414 m，副巷设计长度378 m，切眼设计长度200 m。14305工作面主采4#煤，该煤层为中厚煤层，煤层厚度2.67～3.25 m，平均厚度2.80 m，巷道跟顶掘进，正巷内错10 m布置在2.3#煤采空区下，如图1。14305工作面于2020年7月3日开始掘进，2020年12月20日构成工作面，2021年2月2日开始回采，截至4月5日，工作面已安全推进96 m。

图1 14305工作面布置图

2 原支护方案

正巷原断面采用梯形断面，上口净宽3 m，下口净宽4 m，净高3 m，断面积10.5 m²，如图2。支护参数如下：顶锚杆间排距1000 mm×1000 mm，锚索间排距2000 mm×3000 mm，棚距为1 m，盘帮勾顶为盘六勾六，锚杆规格为Ф20 mm×2400 mm的螺纹钢锚杆，锚索规格为Ф21.6 mm×4200 mm的钢绞线。

图2 原支护方案（单位：mm）

原支护存在的问题：巷道掘进期间，掘进效率低下、作业人员劳动强度大、耗材成本高；工作面回采期间，巷道翻修次数多，存在漏冒顶等安全隐患，且回收棚子难度大，影响进度，不利于工作面安全高效生产。

3 优化支护方案

通过数值模拟与工程类比的方法，优化后的方案如下：14305工作面正巷断面由梯形断面优化为矩形断面，支护方式由锚棚联合支护优化为纯锚支护，如图3。

图3 优化后的支护方案（单位：mm）

（1）层间距为4.5～6.5 m之间时，正巷支护参数：

① 顶板采用锚杆+锚索+钢筋梯梁+钢筋网的支护方式

顶锚杆为矩形布置，每排打设五根，间排距850 mm×1000 mm，锚杆预紧扭矩不小于209 N.m，锚固力不小于105 kN。锚杆采用钢筋梯梁联结为一体，梯梁长3.5 m。顶板铺设1200 mm×3600 mm钢筋网。顶板锚索间排距为2000 mm×2000 mm，预紧力不小于150 kN，锚固力不小于250 kN。顶锚杆规格为Φ20 mm×2400 mm的无纵肋螺纹钢锚杆，顶板锚索规格采用Φ21.6 mm×4600 mm的钢绞线。

② 帮部采用锚杆+钢筋梯梁的支护方式

帮锚杆呈矩形布置，间排距1000 mm×1000 mm，帮锚杆规格为Φ20 mm×1800 mm的无纵肋螺纹钢锚杆，锚杆预紧扭矩不小于209 N.m，锚固力不小于80 kN。两帮挂设2.1 m长钢筋梯梁，滚帮大时挂设2.3 m×4.0 m铁丝网。

（2）层间距为6.5～10 m之间时，顶板长锚索采用Φ21.6 mm×6200 mm的钢绞线，其他支护参数不变。

（3）顶板破碎时，在设计的支护基础上采用工字钢套棚加强支护，棚梁和棚腿均采用11#矿用工字钢。棚梁长为3.2 m（净宽3.0 m），棚腿长度为3.2 m（净高3.0 m），棚距为1.0 m。

4 效益分析

优化后的支护方案，降低了工人劳动强度，减少了材料消耗，提高了掘进工效，保证了正常采掘衔接。如表1所示，与锚棚支护相比较，纯锚巷道每米耗材成本可节约3 046.4-1 509.5=1 536.9元，可产生约1 536.9×992=1 524 605元的经济效益。

表1 锚棚巷道与纯锚巷道耗材成本对比表

5 优化后效果及推广前景

14305工作面正巷优化支护设计后，效果良好，不仅提高了掘进工效，降低了劳动强度，减小了耗材成本，且工作面回采期间，两巷围岩表面位移小，避免了漏冒顶等安全隐患，保证了职工生命安全，达到了工作面安全高效回采的目的。该项目的成功应用，为西曲矿其他4#煤层巷道的支护提供了重要的参考价值。