厚煤層孤島綜放工作面回采巷道支護(hù)技術(shù)應(yīng)用

劉志飛

（山西蘭花科技創(chuàng)業(yè)有限公司伯方煤礦分公司，山西 高平 048400）

1 工程概況

伯方煤礦3205 綜放工作面位于二盤區(qū)西翼，工作面北部為3207 工作面采空區(qū)（2014年10月回采完畢），南部為3203 工作面采空區(qū)（2012年3月回采完畢）， 東側(cè)與二盤區(qū)運(yùn)輸、 軌道和回風(fēng)巷相接，具體位置見(jiàn)圖1。 該工作面屬于孤島工作面，工作面于2016年6月開(kāi)始回采作業(yè)， 受兩側(cè)采空區(qū)側(cè)向支承壓力影響較大。 工作面傾斜寬度176 m，走向長(zhǎng)度為1 756 m，開(kāi)采3#煤層，煤層厚度5.31 m，煤層傾角2°～6°，內(nèi)生裂隙，呈條帶狀結(jié)構(gòu)，煤層節(jié)理中等發(fā)育，硬度f(wàn)＜1.5。工作面范圍內(nèi)煤層直接頂為粉砂巖，均厚5.51 m，基本頂為中粒砂巖，均厚4.5 m，直接底為黑色細(xì)砂巖，均厚1.6 m，老底為砂質(zhì)泥巖， 均厚4.32 m。 根據(jù)礦井相關(guān)資料知，3#煤層無(wú)沖擊危險(xiǎn)性。 工作面采用綜采放頂煤采煤工藝，采高為2.5 m，放煤高度為2.81 m，步距為0.6 m，采放比為1:1.124。 由于孤島工作面礦壓顯現(xiàn)較為劇烈，現(xiàn)為保障工作面回采巷道的穩(wěn)定，需進(jìn)行圍巖控制技術(shù)的設(shè)計(jì)與分析。

圖1 工作面位置

2 回采巷道圍巖控制技術(shù)

2.1 掘巷期間支護(hù)方案

3205 工作面運(yùn)輸順槽與回風(fēng)順槽均采用小煤柱沿空掘巷，煤柱寬度為6 m，沿煤層底板掘進(jìn)，均為矩形斷面，掘進(jìn)寬×高=4.5 m×3.5 m，采用E BZ-100E型綜掘機(jī)施工。 考慮到3#煤層較為松軟破碎，且3205 工作面為孤島工作面，礦壓顯現(xiàn)較為劇烈，確定3205 回采巷道采用高強(qiáng)錨網(wǎng)索支護(hù)技術(shù)，具體支護(hù)方案如下：

（1）頂板支護(hù)：錨桿采用Φ20 mm×2 200 mm的高強(qiáng)左旋螺紋鋼錨桿， 間排距為800 mm×850 mm，錨固方式采用端頭錨固，每孔錨桿采用一支CK2335樹(shù)脂錨固劑和一支Z2335 樹(shù)脂錨固劑， 托盤采用配套金屬拱形托盤加球墊， 預(yù)緊扭矩為300 N·m；錨索采用Φ17.8 mm×8 000 mm的高強(qiáng)低松弛1×7股預(yù)應(yīng)力鋼絞線， 間排距為1 800 mm×850 mm，與錨桿平行、采用二二布置，錨固方式為端頭錨固，每孔采用一支CK2335 樹(shù)脂錨固劑和2 支Z2360 樹(shù)脂錨固劑，托盤采用配套金屬拱形托盤，尺寸為300 mm×300 mm×15 mm，錨索預(yù)緊力為150 kN；錨桿、錨索間通過(guò)鋼筋梯子梁進(jìn)行連接， 梯子梁由14#鋼筋焊制，長(zhǎng)度為4.2 m，同時(shí)在表面鋪設(shè)12#鐵絲焊制的鋼筋網(wǎng)片進(jìn)行護(hù)表，尺寸為5 m×1 m。

（2）兩幫支護(hù)：錨桿采用Φ18 mm×1 800 mm的普通金屬錨桿，間排距850 mm×900 mm，托盤采用金屬圓形托盤， 每孔采用一支CK2335 樹(shù)脂錨固劑和一支Z2335 樹(shù)脂錨固劑，預(yù)緊扭矩為250 N·m，幫部錨桿間采用鋼筋梯子梁進(jìn)行連接， 梯子梁采用14#鋼筋焊接而成，長(zhǎng)度為3.2 m，巷幫采用12#鐵絲編制的鋼筋網(wǎng)片進(jìn)行護(hù)幫，尺寸為3.2 m×1 m。

由于頂錨桿與幫錨桿的排距不同，巷道開(kāi)口第一排頂錨桿與幫錨桿同排布置，隨后頂板錨桿施工按照850 mm的排距依次向前布置， 幫部錨桿按照900 mm的排距依次向前布置。

3205 運(yùn)輸順槽與回風(fēng)順槽掘進(jìn)期間具體的支護(hù)方案，見(jiàn)圖2。

2.2 回采期間補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)方案

（1）補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)

圖2 3205 運(yùn)輸順槽與回風(fēng)順槽掘進(jìn)期間支護(hù)方案

3205 運(yùn)輸順槽與回風(fēng)順槽在掘進(jìn)期間的支護(hù)方案，僅僅考慮到巷道掘進(jìn)期間的開(kāi)挖擾動(dòng)，但是并未考慮到工作面的回采動(dòng)壓影響，在工作面的采動(dòng)影響下回采巷道已出現(xiàn)圍巖變形嚴(yán)重的情況[1-2]，又由于3205 工作面為孤島工作面， 且兩回采巷道采用小煤柱護(hù)巷，基于此設(shè)計(jì)運(yùn)輸順槽與回風(fēng)順槽在工作面回采期間進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)主要包括增加巷道頂板錨索密度及補(bǔ)打頂板失效錨桿（索），補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)方案具體如下：

①補(bǔ)設(shè)失效錨桿（索）：在工作面回采前進(jìn)行巷道錨桿索錨固效果的檢測(cè)，當(dāng)檢測(cè)出失效錨桿（索）時(shí)，則在失效錨桿（索）周圍補(bǔ)打規(guī)格相同的錨桿（索），并施加預(yù)緊力。

②增加頂板錨索密度：在巷道頂板中部補(bǔ)打一根錨索，錨索型號(hào)與頂板錨索相同，預(yù)緊力為150 kN，補(bǔ)設(shè)錨索排距為900 mm。

（2）工作面運(yùn)輸、回風(fēng)順槽超前支護(hù)

在3205 工作面回采期間，對(duì)工作面前方100 m范圍內(nèi)上、下兩道進(jìn)行超前加強(qiáng)支護(hù)，布置方式為π型鋼梁和單體液壓支柱配套使用， 沿巷道走向上、下幫各一排布置，π型鋼梁長(zhǎng)3.2 m，一梁三柱或四柱，排距為2.0～2.5 m，單體柱間距為0.8～1.0 m。

3 圍巖控制效果分析

3.1 巷道表面位移

在3205 工作面回采期間，采用“十字布點(diǎn)法”[3-4]在回采巷道距離工作面開(kāi)切眼100 m的位置處布置監(jiān)測(cè)站，根據(jù)礦壓監(jiān)測(cè)結(jié)果可知，運(yùn)輸順槽與回風(fēng)順槽圍巖變形量大致相同，現(xiàn)以回風(fēng)順槽的變形量進(jìn)行具體分析，觀測(cè)結(jié)果，見(jiàn)圖3。

圖3 3205 回風(fēng)順槽圍巖表面位移曲線

通過(guò)分析圖3 可知，在3205 工作面回采期間，工作面與測(cè)站間距離小于80 m后， 巷道表面位移開(kāi)始逐漸增大，距離小于40 m后，巷道表面位移速率明顯增大，距離小于10 m時(shí)，此時(shí)巷道表面位移速率進(jìn)一步增大， 頂?shù)装逡平坑?57 mm增大為211 mm，兩幫移近量由216 mm增大為314 mm，據(jù)此能夠看出巷道回采期間圍巖變形相對(duì)穩(wěn)定，變形滿足回采巷道的使用要求。

3.2 深部圍巖位移

在巷道表面位移測(cè)站位置處布置深部位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)， 深部位移采用多點(diǎn)位移監(jiān)測(cè)儀進(jìn)行觀測(cè)，深部位移監(jiān)測(cè)站分別布置在回風(fēng)順槽頂板和兩幫。 測(cè)站布置在超前工作面100 m的位置處，頂板深部位移布置5 個(gè)監(jiān)測(cè)深度， 分別在1.2 m、2.4 m、3.6 m、4.8 m和6 m的位置處布置； 煤柱幫同樣布置5 個(gè)監(jiān)測(cè)深度， 分別為0.5 m、1 m、1.5 m、2 m和2.5 m，工作面每推進(jìn)5 m進(jìn)行一次觀測(cè)作業(yè)，每次觀測(cè)作業(yè)在檢修班進(jìn)行，持續(xù)觀測(cè)1 個(gè)月。 根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果得出的曲線，見(jiàn)圖4。

圖4 回風(fēng)順槽頂板和兩幫深部位移觀測(cè)結(jié)果

分析圖4（a）可知，工作面回采期間回風(fēng)順槽頂板6 m范圍內(nèi)煤巖體的最大變形量為136 mm，其中在頂板0～1.2 m深度內(nèi)圍巖移動(dòng)量為45 mm，1.2～2.4 m深度圍巖移動(dòng)量為40 mm，2.4～3.6 m深度內(nèi)圍巖移動(dòng)為25 mm，3.6～4.8 m深度范圍內(nèi)圍巖移動(dòng)為15 mm，4.8～6 m深度范圍內(nèi)圍巖移動(dòng)為10 mm，據(jù)此能夠看出頂板3.6～6 m范圍內(nèi)的圍巖變形量基本一致， 頂板下沉量主要發(fā)生在0～2.4 m的范圍內(nèi)。

分析圖4（b）可知，煤柱幫2.5 m深度范圍的最大變形量為211 mm，其中在0～0.5 m深度內(nèi)圍巖移近量為52 mm，0.5～1 m深度圍巖移動(dòng)量為47 mm，1～1.5 m深度內(nèi)圍巖移動(dòng)為23 mm，1.5～2 m深度范圍內(nèi)圍巖移近為44 mm，2～2.5 m深度范圍內(nèi)圍巖移近23 mm， 從上述數(shù)據(jù)可知， 煤柱幫在2～2.5 m的圍巖移近量相對(duì)較小， 煤柱幫的變形主要發(fā)生在0～2 m的深度， 這即表明煤柱幫在錨桿支護(hù)下， 幫部0～2 m深度范圍內(nèi)煤體出現(xiàn)了整體移動(dòng)。

基于上述分析可知，3205 工作面回采期間，回風(fēng)順槽頂板巖層和煤柱均具有較好的整體性，深部圍巖的變形在合理范圍內(nèi)，表明巷道在錨網(wǎng)與錨索聯(lián)合支護(hù)基礎(chǔ)上通過(guò)補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)， 支護(hù)效果良好，滿足回采期間巷道的使用要求。

3.3 超前支承壓力分析

在工作面回采期間，在運(yùn)輸順槽超前100 m的位置處布置單體柱壓力監(jiān)測(cè)站，通過(guò)在巷道中部單體柱上安裝測(cè)壓儀測(cè)量單體柱的工作阻力，工作面每回采5 m進(jìn)行一次觀測(cè)作業(yè)，觀測(cè)作業(yè)在檢修班進(jìn)行，持續(xù)進(jìn)行一個(gè)月。 根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果，得出距工作面不同距離時(shí)單體柱的壓力，采用origin軟件繪制超前支承壓力曲線圖，見(jiàn)圖5。

圖5 超前支承壓力分布曲線

分析圖5 可知，在距工作面100 m的范圍內(nèi)，隨著監(jiān)測(cè)站與工作面距離的減小，超前支承壓力呈現(xiàn)出先增大到峰值后減小的趨勢(shì)，超前支承壓力的峰值出現(xiàn)在距工作面約8 m的位置處， 峰值為35.5 MPa；另外從圖中能夠看出超前支承壓力在距離工作面約50 m的位置處開(kāi)始逐漸增大， 據(jù)此可知3205 工作面回采期間超前支承壓力的影響區(qū)域約為工作面前方50 m的范圍。

4 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)3205 綜放工作面回采巷道的具體情況，確定巷道在掘進(jìn)期間采用高強(qiáng)錨網(wǎng)與錨索聯(lián)合支護(hù)技術(shù)，巷道在回采期間進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)及工作面超前支護(hù)，并對(duì)支護(hù)參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，根據(jù)礦壓監(jiān)測(cè)結(jié)果可知，3205 工作面回采期間， 巷道頂?shù)装寮皟蓭鸵平孔畲笾捣謩e為211 mm和314 mm，頂板6 m深度和煤柱幫2.5 mm深度深部圍巖的最大變形量分別為136 mm和211 mm，超前支承壓力影響區(qū)域?yàn)?0 m，峰值約在煤壁前方8 m的位置出現(xiàn)。