綜采工作面應(yīng)力區(qū)圍巖控制技術(shù)

韓圖門烏力吉

（晉能控股集團(tuán)，山西 大同 037001）

1 8310工作面概況

晉能控股集團(tuán)雁崖煤業(yè)公司塔山三盤區(qū)8310工作面位于井田西翼，工作面東部為盤區(qū)大巷，南部為8311工作面，西部為井田邊界，北部為8309采空區(qū)。

8310工作面采用綜合機(jī)械化回采工藝，截止2020年1月14日工作面已回采至570 m處，工作面回采至562 m處時(shí)揭露一條F7逆斷層，斷層落差為1.4 m，傾角為40°，斷層從回風(fēng)順槽向工作面中部依次揭露，受F7斷層應(yīng)力影響，工作面回采至560 m處時(shí)，位于工作面前方15 m處回風(fēng)順槽出現(xiàn)底鼓、煤壁片幫以及底板下沉等現(xiàn)象，嚴(yán)重制約著工作面安全高效回采。

2 回風(fēng)順槽原支護(hù)設(shè)計(jì)及問題分析

2.1 原支護(hù)設(shè)計(jì)

8310工作面原頂板主要采用錨桿（索）聯(lián)合支護(hù)，具體支護(hù)設(shè)計(jì)如下：

1）頂板支護(hù)：原頂板主要采用錨桿配套鋼帶聯(lián)合支護(hù)，以及單錨索支護(hù)；頂板每排布置5根長(zhǎng)度為2.5 m左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，錨桿間距為1.0 m，排距為1.0 m，錨桿外露端安裝一根長(zhǎng)度為4.5 m W型鋼帶；頂板每排布置兩根錨索，錨索長(zhǎng)度為6.0 m，直徑為17.8 mm，錨索間距為1.8 m，排距為3.0 m，每根錨索外露端安裝一塊長(zhǎng)度及寬度為0.3 m鋼托板，并采用鎖具進(jìn)行預(yù)緊[1-2]。

2）巷幫支護(hù)：巷幫采用單錨桿支護(hù)，位于工作面煤柱側(cè)巷幫采用單玻璃鋼錨桿支護(hù)，每排布置三根，錨桿長(zhǎng)度為2.0 m，直徑為20 mm，錨桿外露端采用直徑為15 mm圓鋼托盤預(yù)緊；非煤柱側(cè)巷幫采用螺紋鋼錨桿支護(hù)，錨桿布置方式與玻璃鋼錨桿相同。

2.2 原支護(hù)問題分析

8310回風(fēng)順槽在掘進(jìn)過程中原支護(hù)設(shè)計(jì)滿足巷道掘進(jìn)要求，但是工作面在回采過程中受構(gòu)造應(yīng)力以及回采應(yīng)力集中破壞作用下，回風(fēng)順槽原支護(hù)存在一些問題，主要表現(xiàn)在以下幾方面[3]：

1）錨桿支護(hù)強(qiáng)度低：原頂板采用的單錨桿長(zhǎng)度為2.5 m，錨桿采用端頭錨固方式，錨固長(zhǎng)度為0.95 m，錨固力為220 kN，而回風(fēng)順槽在多重應(yīng)力作用下，頂板出現(xiàn)裂隙發(fā)育，伴隨著冒漏和下沉現(xiàn)象，并在頂板及兩幫內(nèi)形成圍巖松動(dòng)圈，而原支護(hù)錨固段基本位于圍巖松動(dòng)圈內(nèi)，從而導(dǎo)致錨桿錨固失效現(xiàn)象，錨桿支護(hù)強(qiáng)度降低。

2）支護(hù)設(shè)計(jì)不合理：原頂板主要采用錨桿及錨索聯(lián)合支護(hù)，雖然頂板布置錨桿數(shù)量相對(duì)較多，滿足支護(hù)數(shù)量要求，但是原頂板錨桿在施工過程中對(duì)頂板產(chǎn)生擾動(dòng)破壞作用，在應(yīng)力作用下錨桿支護(hù)孔形成卸壓孔，在卸壓過程中對(duì)錨桿錨固及預(yù)應(yīng)力強(qiáng)度產(chǎn)生一定影響；同時(shí)原頂板施工的單錨索屬于點(diǎn)性支護(hù)，雖然可對(duì)局部圍巖起到懸吊作用，但是支護(hù)強(qiáng)度低，支護(hù)范圍小。

3 應(yīng)力區(qū)圍巖聯(lián)合控制技術(shù)

為了提高工作面前方圍巖穩(wěn)定性，提高回風(fēng)順槽成型率，保證工作面安全快速過應(yīng)力區(qū)，決定對(duì)應(yīng)力區(qū)圍巖采取“梯形鋼棚+錨索吊棚”聯(lián)合支護(hù)設(shè)計(jì)。

3.1 梯形鋼棚

3.1.1 支護(hù)作用

原頂板錨桿、錨索屬于主動(dòng)支護(hù)，主動(dòng)支護(hù)主要通過錨固以及預(yù)應(yīng)力作用實(shí)現(xiàn)對(duì)圍巖進(jìn)行懸吊和組合拱（梁）支護(hù)作用，但是當(dāng)圍巖受應(yīng)力破壞時(shí)，主動(dòng)支護(hù)錨固效果差，預(yù)應(yīng)力無法通過支護(hù)體傳遞至圍巖中，從而降低主動(dòng)支護(hù)效果；而鋼棚支護(hù)屬于被動(dòng)支護(hù)，鋼棚支護(hù)架設(shè)和提高兩幫煤柱對(duì)頂板支撐作用強(qiáng)度，防止了兩幫與頂板之間的三角煤柱出現(xiàn)垮落，同時(shí)鋼棚頂梁對(duì)頂板下沉現(xiàn)象及時(shí)控制，從而提高圍巖整體穩(wěn)定性，保證主動(dòng)支護(hù)效果[4-5]。

3.1.2 鋼棚支護(hù)結(jié)構(gòu)

8310回風(fēng)順槽應(yīng)力區(qū)采用的梯形鋼棚主要由棚腿、頂梁、底座等部分組成，棚腿長(zhǎng)度為3.5 m，主要由11號(hào)工資鋼梁制成，棚腿頂?shù)锥烁骱钢埔粔K鋼板，頂?shù)撞夸摪迳虾钢?個(gè)直徑為25 mm的圓孔；頂梁長(zhǎng)度為4.2 m，頂梁主要由寬度為0.18 m槽鋼焊制而成；底座長(zhǎng)度及寬度為0.4 m，厚度為5 mm。

3.1.3 安裝工序

1）梯形鋼棚安裝在距工作面20 m處，首先安裝鋼棚底座，每架鋼棚底座安裝在兩幫底板上并采用三根地錨進(jìn)行固定，底座安裝后依次安裝兩根棚腿，棚腿與底座之間采用螺母進(jìn)行固定，棚腿安裝后通過螺母調(diào)節(jié)棚腿角度，調(diào)節(jié)角度范圍75°~90°。

2）棚腿安裝后采用卡纜將棚腿與頂梁進(jìn)行固定，頂梁安裝后保證頂梁與頂板接觸嚴(yán)實(shí)，如頂板不平或冒漏時(shí)采用道木將頂梁與頂板之間背牢，梯形梁棚架設(shè)間距為1.0 m，如圖1所示。

圖1 8310回風(fēng)順槽應(yīng)力區(qū)圍巖聯(lián)合支護(hù)斷面示意圖（未標(biāo)單位：mm）

3.2 錨索吊棚支護(hù)

傳統(tǒng)單錨索支護(hù)由于存在支護(hù)斷面小、支護(hù)效果差等技術(shù)難題，決定對(duì)原頂板施工錨索吊棚支護(hù)。

1）8310回風(fēng)順槽應(yīng)力區(qū)頂板采用的錨索吊棚主要由工字鋼梁、恒組錨索等部分組成，工字鋼梁長(zhǎng)度為4.0 m，寬度為0.12 m，鋼梁上布置兩個(gè)直徑為30 mm支護(hù)圓孔，孔間距為2.5 m；恒組錨索長(zhǎng)度為6.0 m，直徑為21.8 mm，錨索最大承載能力為890 kN。

2）從工作面前方15 m處開始補(bǔ)打錨索吊棚，施工工序?yàn)椋菏┕ゅ^索鉆孔→錨注錨索→安裝工字鋼梁→鎖具預(yù)緊；錨索吊棚垂直巷道布置，布置間距為2.0 m，若局部區(qū)域巷道頂板出現(xiàn)破碎時(shí)，縮小吊棚間距，并在相鄰兩架錨索吊棚之間填充水泥背板。

4 結(jié)語

截止2020年1月22日8310工作面已回采至617 m，通過對(duì)工作面應(yīng)力區(qū)巷道圍巖采取聯(lián)合控制技術(shù)后，工作面在后期回采期間有效控制了應(yīng)力區(qū)圍巖變形現(xiàn)象，通過現(xiàn)場(chǎng)觀察發(fā)現(xiàn)，采取聯(lián)合控制技術(shù)后，回風(fēng)順槽頂板下沉量控制在0.12 m以下，未出現(xiàn)煤壁片幫現(xiàn)象，兩幫收斂量控制在0.22 m以下，保證了回風(fēng)順槽成型率，為后期工作面安全高效回采奠定了基礎(chǔ)，取得了顯著應(yīng)用成效。