2北206 工作面沿空留巷圍巖控制技術(shù)研究及應(yīng)用

魏 建 馬 濤

（棗莊大興礦業(yè)有限責(zé)任公司，山東 棗莊 277000）

留窄煤柱沿空掘巷技術(shù)具有煤炭回采率高、可緩解工作面采掘接替緊張和有效控制巷道圍巖變形等優(yōu)點(diǎn)，近年來該技術(shù)在我國各大礦區(qū)的應(yīng)用日益廣泛[1-4]。韓海洋基于巷道不同地段地質(zhì)構(gòu)造條件對支護(hù)方案進(jìn)行針對性調(diào)整，解決了東周窯礦5105回風(fēng)巷小煤柱沿空掘巷支護(hù)難題[5]。關(guān)俊紅對紅山煤業(yè)膠順留小煤柱沿空掘巷過程中不同區(qū)段圍巖結(jié)構(gòu)及變形進(jìn)行分析，提出了分階段支護(hù)方案[6]。上述研究推動了留窄煤柱沿空掘巷技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。但是，沿空掘巷巷道受鄰近工作面回采和本工作面回采巷道掘進(jìn)等多重采動影響，巷道圍巖條件復(fù)雜，對其圍巖控制應(yīng)根據(jù)具體工程地質(zhì)條件進(jìn)行研究和分析[7-8]。該論文以大興礦業(yè)2北206 運(yùn)輸巷為研究背景，通過對巷道過采空區(qū)時圍巖結(jié)構(gòu)及變形特征的分析，提出了分階段針對性支護(hù)方案，有效控制了巷道圍巖變形，為類似工程條件工作面巷道圍巖控制提供了借鑒。

1 工程概況

大興礦業(yè)現(xiàn)主采2#煤層，煤層均厚4.0 m，平均傾角22°，煤層結(jié)構(gòu)簡單，賦存穩(wěn)定。2#煤直接頂為泥巖，均厚2.5 m；基本頂為中砂巖，均厚30.9 m；直接底為泥巖，均厚7.1 m；基本底為細(xì)砂巖，均厚2.4 m。2北206 工作面位于北翼采區(qū)，埋深約575.1～694.8 m，工作面西部為F3 斷層，北部為2北202 采空區(qū)，東部和南部為實(shí)體煤區(qū)。2北206 運(yùn)輸巷沿2#煤頂板掘進(jìn)，采用錨網(wǎng)索帶支護(hù)，巷道為矩形斷面，尺寸為3400 mm×2600 mm（寬×高）。巷道自切眼掘進(jìn)231 m 后將揭露2北202 采空區(qū)，巷道圍巖破碎，施工難度大。為提高巷道掘進(jìn)效率、縮短巷道施工周期和提高煤炭資源回采率，決定在2北206 運(yùn)輸巷揭露2北202 采空區(qū)期間采用留窄煤柱沿空掘巷技術(shù)施工。2北206 工作面布置情況如圖1。

圖1 工作面平面布置示意圖

2 巷道圍巖結(jié)構(gòu)及變形特征分析

2北206 運(yùn)輸巷在揭露2北202 采空區(qū)期間采用留窄煤柱沿空掘巷技術(shù)施工，與2北202 采空區(qū)間留設(shè)6 m 寬的護(hù)巷窄煤柱。2北202 工作面采動影響導(dǎo)致工作面?zhèn)认蛎后w完整性降低、破碎程度增大。巷道沿空掘進(jìn)期間，護(hù)巷窄煤柱側(cè)煤體裂隙發(fā)育，完整性差，煤柱承載能力較弱。基于2北202 工作面回采巷道施工經(jīng)驗(yàn)知，巷道在揭露2北202 采空區(qū)之前，巷道圍巖變形量較小，穩(wěn)定性較好。但是，巷道在揭露2北202 采空區(qū)后，在鄰近工作面采動應(yīng)力和2北206 運(yùn)輸巷掘進(jìn)應(yīng)力雙重作用下，巷道圍巖裂隙將進(jìn)一步發(fā)育、擴(kuò)展，巷道圍巖完整性嚴(yán)重劣化，煤柱承載能力嚴(yán)重受損而極易發(fā)生冒頂、片幫事故[3-4]，嚴(yán)重影響巷道正常施工和工作面的安全高效生產(chǎn)，是巷道支護(hù)時的重點(diǎn)區(qū)域[6-8]。

3 巷道支護(hù)設(shè)計

3.1 正常段支護(hù)方案

基于2北206 運(yùn)輸巷在揭露2北202 采空區(qū)前巷道圍巖結(jié)構(gòu)及完整性較好的特點(diǎn)，同時參考2北202工作面回采巷道支護(hù)經(jīng)驗(yàn)，對該區(qū)段巷道采用“錨網(wǎng)帶”支護(hù)方式進(jìn)行支護(hù)。支護(hù)斷面圖如圖2，具體參數(shù)如下：

圖2 正常區(qū)域巷道支護(hù)斷面圖

（1）頂板支護(hù)。頂板采用Ф20 mm×2200 mm的左旋螺紋鋼錨桿，間排距為1100 mm×1000 mm，每排4 根錨桿，兩肩窩錨桿分別距巷幫100 mm 并與豎直方向呈15°角布置，中間兩根錨桿垂直頂板布置。每根頂板錨桿配合使用CK2350 和CK2370 樹脂錨固劑各1 卷，錨固力不低于120 kN，預(yù)緊力不低于220 N·m。托盤采用150 mm×150 mm×10mm正方形碗狀鋼托盤，金屬網(wǎng)采用10#鐵絲編織而成的長3000 mm、寬900 mm 的菱形金屬網(wǎng)，采用GD Ⅱ T 140/20 Q/YZK 030 鋼帶。

（2）兩幫支護(hù)。巷幫采用Ф18 mm×2000 mm左旋螺紋鋼錨桿，間排距1200 mm×1000 mm，每排3 根錨桿，均垂直巷幫布置，上、下兩根錨桿分別距頂、底板100 mm。每根幫錨桿配合使用1卷CK2370 樹脂錨固劑，錨固力不低于100 kN，預(yù)緊力不低于180 N·m。托盤采用100 mm×100 mm×10 mm 正方形碗狀鋼托盤。

3.2 過采空區(qū)段支護(hù)方案

針對2北206 運(yùn)輸巷在揭露2北202 采空區(qū)期間巷道圍巖結(jié)構(gòu)劣化、完整性差及煤柱幫變形量大于實(shí)體煤幫等特點(diǎn)，在正常區(qū)域支護(hù)方案的基礎(chǔ)上提出“錨網(wǎng)索帶+槽鋼梁+縮小錨桿間排距”加強(qiáng)支護(hù)方案，如圖3，具體支護(hù)參數(shù)如下：

圖3 加強(qiáng)支護(hù)段巷道支護(hù)斷面圖

（1）頂板支護(hù)。頂板采用Ф20 mm×2200 mm的左旋螺紋鋼錨桿，間排距為1100 mm×800 mm，每排4 根錨桿，兩肩窩錨桿分別距巷幫100 mm 并與豎直方向呈15°角布置，中間兩根錨桿垂直頂板布置。每根頂板錨桿配合使用CK2350 和CK2370樹脂錨固劑各1 卷，錨固力不低于120 kN，預(yù)緊力不低于220 N·m。托盤采用150 mm×150 mm×10mm 正方形碗狀鋼托盤，金屬網(wǎng)采用10#鐵絲編織而成的長3000 mm、寬900 mm 的菱形金屬網(wǎng)，采用GD Ⅱ T 140/20 Q/YZK 030 鋼帶。錨索采用Ф21.6 mm×6000 mm 的1×7 股高強(qiáng)度低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線，“二0 二”布置，間排距2400 mm×2000 mm，每根錨索配合使用2 卷CK2370和1 卷CK2350 樹脂錨固劑，錨索初始張拉至200 kN。錨索托盤采用300 mm×300 mm×14 mm 高強(qiáng)度方形帶拱托盤，配調(diào)心球墊。采用16#槽鋼，長度2600 mm，與兩根錨索組合成槽鋼梁。

（2）兩幫支護(hù)。實(shí)體煤側(cè)巷幫采用規(guī)格為Ф18 mm×2000 mm 的左旋螺紋鋼錨桿，間排距為1200 mm×800 mm，每排3 根錨桿；煤柱側(cè)巷幫采用Ф18 mm×2000 mm 的左旋螺紋鋼錨桿，間排距800 mm×800 mm，每排4 根錨桿。所有幫錨桿均垂直巷幫布置，上、下錨桿分別距頂、底板100 mm。每根幫錨桿配合使用1 卷CK2370 樹脂錨固劑，錨固力不低于100 kN，預(yù)緊力不低于180 N·m。托盤采用100 mm×100 mm×10mm 正方形碗狀鋼托盤。

4 巷道圍巖變形觀測及分析

為了分析所提支護(hù)方案對巷道圍巖的控制效果，在2北206 運(yùn)輸巷內(nèi)布置測站，采用“十字布點(diǎn)法”對巷道圍巖表面位移量進(jìn)行觀測和記錄。分別選擇正常段和過2北202 采空區(qū)段的1 組觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，不同區(qū)域巷道表面位移量如圖4。

圖4 不同區(qū)段巷道表面位移量

由圖4 可知，在正常區(qū)段和過采空區(qū)段，巷道兩幫移近量均顯著大于頂?shù)装逡平?，且均在距迎頭50 m 范圍內(nèi)呈先快速增大，在距迎頭50～100 m范圍內(nèi)趨于穩(wěn)定的變化趨勢。在正常區(qū)段，巷道兩幫最大移近量和頂?shù)装遄畲笠平糠謩e為100.81 mm 和31.06 mm；在過采空區(qū)段時，巷道兩幫最大移近量和頂?shù)装遄畲笠平糠謩e為121.08 mm 和44.83 mm。由此可見，對正常區(qū)段巷道采用“錨網(wǎng)帶”支護(hù)和對過采空區(qū)段巷道采用“錨網(wǎng)索帶+槽鋼梁+縮小錨桿間排距”加強(qiáng)支護(hù)可有效控制2北206 運(yùn)輸巷圍巖變形。

5 結(jié)語

基于對2北206 運(yùn)輸巷留窄煤柱沿空掘巷巷道圍巖結(jié)構(gòu)及變形特征的分析，并結(jié)合2北202 工作面回采巷道支護(hù)經(jīng)驗(yàn)，提出在正常區(qū)段采用“錨網(wǎng)帶”支護(hù)方案，在過2北202 采空區(qū)段采用“錨網(wǎng)索帶+槽鋼梁+縮小錨桿間排距”加強(qiáng)支護(hù)方案?，F(xiàn)場實(shí)測結(jié)果表明，針對巷道不同區(qū)段圍巖特征采用不同的針對性支護(hù)方案后，巷道兩幫和頂?shù)装遄畲笠平糠謩e121.08 mm 和44.83 mm，有效控制了巷道圍巖變形。