混凝土柔膜沿空留巷技术研究与应用

混凝土柔膜沿空留巷技术研究与应用

韩瑞军

（冀中能源峰峰集团新三矿，河北 邯郸 056200）

1 矿井概况

冀中能源峰峰集团有限公司新三矿是集团公司第一个新井新制矿井，属于国有企业。地处河北省南部，邯郸市峰峰矿区大峪镇。新三矿自1995年11月5日投产以来，始终秉承创新管理，和谐发展，安全发展的理念。矿井设计生产能力为年产45万吨，可采储量2900万吨，煤种为肥焦煤，是峰峰集团主要的入洗原料煤基地。经过两次技术改造，目前矿井核定生产能力为95万吨。

2 方案的提出

新三矿矿井井田范围：北以F29号断层与泉头井田分界；南至F25号断层与梧桐桩井田相邻；西至煤层露头及技术边界与三矿井田相隔；东至F8号断层与九龙矿相望；井田南北平均长4.25km,东西平均宽3.25km，井田面积13.83km2。现主采2号煤层，煤种为肥煤，2号煤层煤厚3.0米左右，全区可采，沉积较稳定。地质条件复杂，断层较多，掘进速度受到很大限制，生产地区衔接紧张；另外，我国煤矿中,回采工作面两端的区段巷道,总长度要达到几百万米。长期以来一直沿用保留煤柱的方法维护。用煤柱维护区段巷道的煤炭损失量一般要占全矿煤损总量的40％左右。区段巷道的开掘、准备和维修费用要占全矿开发、准备和维修费用总和的50％左右。因此,研究区段间不留煤柱,实现无煤柱护巷,对提高矿井煤炭回采率,降低巷道掘进率，怎样才能解决工作面衔接紧张和回收这部分煤

炭资源呢？这也是我们一直在深思的问题，也是我们一直在努力研究的方向。2010年11月以来，我们进行了混凝土柔膜支护的前期可行性论证、具体方案的制定，注浆系统的建设、注浆管路、注浆膏体的反复试验，于2011年3月1日正式在162502工作面进行了混凝土柔膜沿空留巷，时至2011年5月19日累计注膜40个，沿空留巷83m。无论是前期论证，到井下沿空留巷都取得了宝贵经验与教训，目前，我矿在集团公司领导的大力支持下，正在积极进行沿空留巷试验，为解决工作面衔接紧张和解放煤柱呆滞煤量探索出一条创新之路。

3 新三矿混凝土柔膜沿空留巷设计方案 3.1 沿空留巷工作面条件 3.1.1 煤层情况

本工作面煤层位于西固义背斜两翼，煤层走向NE27o---NW73o，倾向NE，倾角5-12o，平均为8o，煤层厚度3.9～4.9m，平均4.2m，煤层较稳定。

3.1.2煤层顶底板情况

厚 度岩 性 特 征 （m） 深灰色，薄层状，微波状层理及水平层老 顶 粉砂岩 5.04 理，富含科达木和羊齿化石。 棕灰及浅灰色，薄层状，具微波状层理直 接 顶 细砂岩 6.0 斜交层理发育，局部水平层理，底部粒度变细0.25m砂质泥岩。 伪 顶 深灰色，薄层，夹细小砂质条带，微细直 接 底 砂质泥岩 1.7 水平层理及波状层理，含大量炭化根部化石。

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顶底板 岩 石 名称 名 称

老 底 细砂岩 3.1.3 地质构造

2.34 浅灰色，微薄层状，夹细小泥质粉砂条带，具断续水平层理。上粗下细，含不完整的炭化植物化石。 本工作面位于F12断层下盘，地层为一背斜地层，构造较为复杂。工作面内，共

有10条断层：

构造名称 性质 走向 NE55° NE39° 倾向 倾角 落差（m） 对回采影响程度 NE NE 5° 6° 74° 71° 50° 50° 60° 70° 60° 50° 60° 60° 17--45 3-8 3 3 1.5 1.2 2 8 7 1.5 影响较小 影响较大 影响较小 影响较小 影响较大 影响较大 影响较大 影响较小 影响较大 影响较大 影响较大 影响较大 地 质 构 造 情 况

西河向斜 西固义背斜 F12 DF18 f1 f2 f3 f4 f5 f6 f7 f8 正断层 NE10-20° NW 正断层 NE68-82° NW 正断层 正断层 正断层 正断层 正断层 正断层 正断层 正断层 NE80° NE75° NE80° NE75° NE20° NE40° NE60° NE40° SE SE NW SE SE SE SE NW - 2 -

3.1 沿空留巷平面图

5 0 0 m

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4．支护设计 4.1原巷道支护参数

162502溜子道摸大煤顶板掘进，采用锚网带支护，巷道规格为宽×高：3.6×2.5m，遇构造带顶板不平无法采用锚网带支护时采用U钢支护，巷道规格为4.0×2.75m。支护材料规格为：

(1)锚杆：顶锚杆采用Φ20×2000mm、帮锚杆采用Φ18×1800mm的左旋螺纹钢等强锚杆。

(2)锚固剂：顶锚杆安装两支锚固剂：CK2335。帮锚杆安装一支锚固剂：CK2835。锚索安装四支锚固剂：一支CK2335，四支K2335。

(3)w钢带：采用W-260-3-3600型，用厚3mm的钢板滚压而成，宽度260mm，长度3600mm，其上有预留孔。

(4)顶锚杆间排距：设计间排距为800×800mm，锚杆呈矩形布臵。 (5)顶锚索间排距：锚索间排距：采用“五花”布臵，即隔一排打两根再隔一排打一根，间距1600mm，排距1000mm。锚索采用Φ15.24mm的钢绞线锚索，长度为5000mm。

(6)帮锚杆：设计间排距为650×800mm，呈矩形布臵，每排4根，第一根帮锚杆距顶板250mm，第二根距第一根650mm布臵，第三根距第二根650mm布臵，第四根距底板300mm。

(7)锚固力：顶锚杆的设计锚固力64KN，预紧扭矩不小于100N.m；帮锚杆的设计锚固力50KN，预紧扭矩不小于80N.m；顶锚索张拉力为260KN。

(8)锚杆角度：角锚杆与巷道轮廓线呈75°角布臵，其余锚杆垂直于巷道轮廓线布臵。

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4.2沿空留巷支护体载荷计算

采用 “分离岩块法”计算支护体载荷。巷旁支护带处于未采动煤体的高压力区和冒落矸石之间，是一个降压区，岩块一边的采空区提供一个主要自由面，因岩块呈层状，可能在一定高度H上产生离层，导致岩块沿煤体以θ角断裂，进入完全自由状态，成为支护体的载荷。

顶板围岩0.5Htgθ0.5（bB+bC+x）H煤层WθqbBxhbC

图3-2分离岩块法计算支护体载荷的力学模型 （1）载荷计算如下式所示：

q?8htg??2(bB?x?b)ch(bB?x?bc)?B?xbB?0.5x

式中:q—支护体载荷；

bB—支护体内侧到煤壁的距离，本次支护中支护体左侧边缘与巷道右

帮在一条铅垂线上，该距离为4m；

x—支护体的宽度，1.2m；

bC—支护体外侧悬顶距，该距离取0.5m； —岩块重度，取直接顶岩石的重度27kN/m3；

?sh—采高，本次支护为2.4m；

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?—剪切角，根据经验选取为26°；

H—冒落高度，根据经验选取4h，为10m。

计算可得支护厚度为1.2m时支护体的载荷为

q=8×2.4×tg26°+2×（4+1.2+0.5）/1.2×2.4×（4+1.2+0.5）×27/4+0.5×1.2==1.389MPa

即单位长度、支护厚度1200mm的支护体载荷为N1=1389kN。 考虑采动影响系数3，则支护体荷载为4167kN。

考虑底板普氏系数为0.6，则抗压强度为6MPa，大于4167kN/m2。。 混凝土厚度1200mm，标号C20。 （2）支护体承载能力计算

将单位长度、厚度1200mm的支护体视为轴心受压柱模型，可计算出支护体的正截面承载能力。

模型柱高2.4m，长1.2m，构件的长细比为2.4/1=2.4，通过查阅轴心受压构件的计算方法，得构件的稳定系数?取1.0。

模型柱的承载能力计算如下式所示：

N2?0.9??fcA2

式中：N—支护体的承载能力；

?—构件的稳定系数，取1.0；

fc—混凝土的轴心极限抗压设计强度，C20时为15.5N/mm2，考虑压

缩后强度降低25%，即为11.6N/mm2；

A—截面面积，为1000×1200mm2。

计算可得支护体的承载能力为

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N2=0.9×1.0×11.6×1000×1200=12528kN （3）支护体承载力验算

单位长度、厚度1200mm、标号C20的混凝土承载能力为12528kN，大于支护体的载荷4167kN，安全系数可达3，因此可视为支护结构安全。

4.3巷旁加固支护

原巷宽3.6m，要求留巷4m，在C20混凝土支护正上方打设一条长2600mW钢带，带距800mm，要求与原巷道钢带呈插间布臵，交错距离500mm。每根钢带打设4根锚杆，采用Φ20mm、L=2000mm，左旋无纵筋等强锚杆，每根锚杆配备两支CK2335型树脂锚固剂，锚杆间距750mm，锚杆垂直顶板打设。原锚索呈“一二一”五花型布臵，间距1.6 m，排距1m，补打锚索，呈“三三”矩形布臵，间距1.6m，排距1m，开始留巷10m段间距0.8m，并且在新打2.6m钢带上打设两排锚索，间距0.8m，排距1m，右排锚索距混凝土墙200mm。

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4.1 柔模泵注混凝土沿空留巷设计断面

1000补打2600mm钢带200800交错5001000250120036004000

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3002500650

4.2 钢带、锚索、锚杆布臵平面图

80080010001600400100020001200120040052003600

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煤炭11157吨，按市场售价1200元/吨，折合1338.9万元；沿空留巷4600元/m，长度513m，折合沿空留巷成本为235.98万元，这样2502工作面运输巷沿空留巷多回收煤炭的经济效益为1102.92万元。

（2）采用柔膜沿空留巷可以少掘进一条巷道，减少一条巷道的掘进材料费用，4.2m锚网梁巷道的材料费用为2400元/m，则长度513m可节省123.12万元。

（3）将2502运输巷沿空留巷的人工费用与掘进的人工费用相抵消，采用沿空留巷513m，可节省1226.04万元，如果全矿井全部采用沿空留巷，那经济效益将更加可观。

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/kwz.html