煤矿巷道掘进支护设计

煤矿掘进巷道支护设计

摘要：工作面的运输巷与回风巷均沿煤层走向布置，切巷沿煤层倾向布置。运输巷的用途是进风、行人、运煤，回风巷的用途是回风、行人、运料，切眼的用途是安装采煤设备、采煤。为了保证煤层开采的经济性和安全性，需要对巷道的断面及其支护进行设计。

关键词：煤矿掘进；巷道支护；设计

1煤矿巷道概况

某煤矿目前的设计生产能力为240万t/a,矿井经过了多年开采，内部已经出现了很多老窑。该煤矿中很多矿井仍然采用比较传统的采掘方式，已经无法满足高效率的煤矿开采实际需要，亟须对煤矿开采工艺进行技术升级，需要基于快速掘进技术进行煤矿开采。快速掘进技术对巷道的支护技术提出了更高的要求，需要对煤矿巷道的支护技术方案进行升级改造。另一方面，当前该煤矿的开采煤层埋藏深度普遍较浅，随着煤矿开采的不断推进，后续开采的煤层深度越来越深。煤层埋深越深意味着围岩属性越复杂，对巷道支护方案要求也越高。基于此，有必要对煤矿巷道中快速掘进支护技术进行分析和研究。

本文主要以某煤层中的回风巷道为例进行分析，煤层厚度8.50～16.23m,平均厚度13.68m,煤层倾角4.30°～13.29°,平均倾角9.40°。回风巷道整体为矩形，高度3.5m,宽度5.2m。经过地质勘察，发现该煤层巷道的围岩属性比较复杂，存在很多断层、褶曲构造比较多，使得围岩属性比较软弱，容易破碎，这在很大程度上增加了巷道支护的难度。

2煤矿掘进巷道支护设计

2.1巷道断面设计

根据工作面巷道布置以及煤层赋存情况，设计顺槽均采用矩形断面。 2.1.1皮带顺槽

皮带顺槽宽度B可由式(1)计算，即：

式(1)中，a为回采机头宽度，取3.0m;b1为回采机头距帮割透尺寸，取0.8m;c为人行道宽度，取0.8m。

将相关数据代入式(1)中，得B=4.6m。

在进行锚杆支护时，端头会裸露一部分在外，大约0.2m，而且巷道在矿山压力的作用下还会发生一定的变形。因此，巷道的宽度应该适当大一些，取为5m。为了方便巷道支护，通常情况下沿煤层顶板进行掘进。巷道断面的高度h取决于巷道内所使用的设备的最大高度，可以表示为：

总第１２９期　

ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００５—２７９８．２０１０．０７．０３２　

宇鑫煤业矿井巷道支护设计初探　

刘　静　

（潞安集团宇鑫煤业公司，山西临汾０４１０００）　

摘要：结合宇鑫煤业井下巷道的特点，根据锚杆锚索联合支护的机理，提出了煤层巷道支护改造方案。　关键词－巷道支护；技术改造；设计原则　中图分类号：ＴＤ３５３　文献标识码：Ｂ　文章编号：１００５—２７９８（２０１０）０７—００８１．０２　

宇鑫煤业有限公司是潞安集团在山西临汾蒲县　

兼并重组整合的一座矿井，设计能力为９０万ｔ／ａ，该　

矿井埋深浅，应力较小，煤层赋存稳定，地质构造简　

单，井田内富水性较弱，矿井瓦斯较低，适合机械化　

开采。整合前期为一座基建矿井，井筒布置为斜井　

与立井混合式，井下已形成车场，原有巷道均采用木　

棚支护，由于木棚支护劳动强度较大，施工速度慢，　

已不适宜现代煤矿安全建设的需要，为保证矿井生　

产规模达到要求，提高矿井通风能力，传统的木棚支　

护难以实现快速掘进以及支护问题，为此需对巷道　

支护进行改造设计。　

ｌ　现场调研与地质情况评估　

１．１调研矿井巷道支护情况　

宇鑫煤业有限公司主斜井长度为４９０　ｍ，巷道　

断面为２．８　ｍ×２．０　ｍ的矩形，支护形式为工钢、刹　

杆联合支护；车场运输大巷已掘进１２０　ｍ，回风大巷　

掘进８０　ｍ，轨道石门８０　ｍ，巷道断面均为２．０　ｍ×　

１．４　ｍ的矩形，支护形式为Ｄ１６的圆木、撑杆、荆笆　

联合支护，由于巷道围岩及顶板应力作用不大，稳定　

性良好，棚距均为１　ｍ。　

１．２地质情况评估　

该矿井可采区域位于霍西煤田的中西部，煤层　

走向为近东西倾向东北，倾角为３～６。，两条巷道在　

９　煤层中均沿底板掘进，煤层厚度稳定，平均厚　

１．４　ｍ，煤质较坚硬，结构简单，节理发育，煤层直接　

顶为薄层状泥岩或泥质砂岩，老顶为细砂岩或砂质　

泥岩，底板多为砂质粉岩，普氏系数／＜５．６。　

２巷道支护形式和参数选择原则　

煤矿掘进工作面作业一巷道布置及支护说明

第一节巷道布置

1、运输巷布置在14#煤层中，水平标高为1310.17,巷道断面为在13.641∏2（宽4.4mX高3.1m）,净断面12.6nV（净宽4.2mX净高3.0m）,巷道预计总掘进量为905m,沿煤层顶板施工。运输巷在Π402专用回风巷k11点处开门，按339°方位煤巷沿顶板掘进施工18m后按41。方位角调向开门掘进23m,再按158°方位角调向开门掘进56m后贯通11401运输巷，然后在y2点处反向开门掘进130m揭露断层后，退回至y2点前52m处向右按36°方位角开门掘进678m止

2、运输巷平面图（附图二）

3、运输巷巷道剖面图（附图三）

4、运输巷开门大样图 （附图四）

第二节支护设计

一、巷道断面

运输巷沿14#煤掘进，掘进采用矩形断面，掘进断面13.64ι∏2（宽4.4mX高3.1m）,净断面12.6Hf（净宽4.2mX净高3.0m）；

运输巷沿14#煤掘进，煤层变薄不能满足通风断面需求时，掘进改用半圆拱断面，掘进断面13.32∏Λ净断面12.38∏Λ拱基线13m,半径2.1m；顶板破碎达不到支护要求时，掘进改用架棚支护。

使用吊环式前探梁作为临时支护，当顶板完整稳定时，前探梁采用2根3寸钢管制作；当顶板破碎，巷道压力大时，前探梁采用2根矿用11#工字钢制作；前探梁长度4∙5m,用专用吊环固定在顶板锚杆上，前探梁上方用板梁木垛式接顶，并用木楔加紧；前探梁要始终处于工作状态，前探梁间距为1600mm,到迎头的端面距不得大于0.3m,前探梁上方的板梁距巷道两帮端面距不得大于0.3m。

二、支护方式

(-)临时支护

使用吊环式前探梁作为临时支护，前探梁采用2棵15kg轨道制作，长4.5m,用专用吊环固定在顶板锚杆上，前端用方木及木枇接实顶板,前探梁要始终处于工作状态，前探梁间距为800mm,到迎头的端面距不得大于0.3m,前探方木距两帮端面距不得大于0.3m,使用3根。

支护设计

一、巷道断面

巷道断面直墙半圆拱型，净下宽：3.6m，净高：3.0m，净断面：9.4㎡,掘进下宽：3.8m，掘进中高：3.1m，掘进断面：10.6㎡。

二、支护方式

（一）、永久支护

巷道永久支护方式采用锚网喷，巷道交叉口、岩层松软、过断层等地段采用锚网喷+锚索支护。

按悬吊理论计算锚杆参数：

1、锚杆长度计算：

L=KH+L1+L2

式中 L---锚杆长度，m；

H---冒落拱高度，m；

K---安全系数，一般K=2；

L1---锚杆锚进稳定岩层的深度，一般按0.5m；

L2---锚杆的外露长度，一般取0.1m；

其中：

H=B/2f=3.8/(2×3)=0.63

B---巷道掘进宽度，取3.8m；

f---岩石坚固系数，取3；

K---安全系数，一般K=2；

则： L=2×0.63+0.5+0.1=1.86

2、锚杆间距、排距计算：设计时间距、排距均为a，则

a=［Q/KHγ］1/2=1.02

式中 a---锚杆间排距，m；

Q---锚杆设计锚固力，64kN/根；

H---冒落拱高度，0.63m；

γ---被悬吊砂岩的密度，取25kN/m³；

K---安全系数，一般K=2；

通过以上计算，选用直径20mm螺纹钢树脂锚杆，长度为2.0m，

锚杆间、排距为 0.9m。网片采用钢筋网，相邻网片要压茬连接，搭接长度不小于100mm。爆破前锚网支护距迎头不大于0.7m，炮后不大于2.4m。围岩性较好时，采用先锚后喷的方式；围岩稳定性较差是，锚杆间、排距应适当缩小，并要先及时喷射混凝土，喷浆厚度不小于30mm，然后打设锚杆，复喷必须达到设计厚度。

初喷距工作面不超过5m，复喷距工作面不超过10m。洒水养护时间不少于28天。

（二）、临时支护

1、由于锚杆机手柄长度为1.3m，锚杆间距为0.9m，因此，在炮后及时进行敲帮问顶，然后操作人员站在支护完好的地点打设顶锚杆作为临时支护。