巨厚煤層臨空巷道大變形控制支護優(yōu)化技術(shù)研究

葉 飛，嚴(yán) 斌，張小宇

（陜西彬長小莊礦業(yè)有限公司，陜西 咸陽 713500）

0 引 言

放頂煤采煤方法以其掘進率低、效率高、適應(yīng)性強、成本低、投人產(chǎn)出效果好等優(yōu)點，在陜西、新疆、內(nèi)蒙等地廣泛應(yīng)用，由于其巷道布置的特殊性，當(dāng)頂板或底板巖性較差時，回采時臨空側(cè)煤巷變形量也成為了嚴(yán)重制約工作面正常回采的主要因素。

為了減小臨空巷道變形量，國內(nèi)外專家對臨空巷道變形控制進行了大量研究，通過留小煤柱、加強支護等技術(shù)方法，有效控制了巷道變形量。本文針對巨厚煤層放頂煤工作面回采時臨空側(cè)巷道幫部大變形情況，充分考慮了幫部受采動影響后煤柱的變形原因及規(guī)律，采用了幫部注漿錨索、增大支護面積等措施，有效控制了巷道臨空煤柱大變形。

1 工程概況

小莊礦40205工作面井下東部緊鄰二盤區(qū)開拓大巷，西部緊鄰西平鐵路保護煤柱，南部緊鄰40204采空區(qū)，北部為尚未準(zhǔn)備的40207工作面。對應(yīng)地表為塬梁溝壑地貌，標(biāo)高912—1 090 m，煤層埋深約為530～710 m，煤層厚度穩(wěn)定，總體為中部厚兩側(cè)薄，厚度21～25 m，平均煤厚23 m，開采煤層垂直節(jié)理發(fā)育，局部松軟呈碎片狀，塊狀為主，內(nèi)生裂隙發(fā)育。工作面臨空側(cè)保護煤柱寬度45 m，40204泄水巷區(qū)域保護煤柱寬度20 m。

2 臨空側(cè)巷道原始支護方案及變形情況

2.1 原始支護方式

40205運順為臨空巷道，臨空側(cè)幫部采用錨網(wǎng)+異型鋼帶支護，錨桿采用φ22 mm×2 500 mm（抗拉強度＞500 MPa），矩形布置，間排距為幫部800 mm×800 mm，網(wǎng)片均采用50 mm×50 mm網(wǎng)孔高強度聚酯纖維塑料防護網(wǎng)，異型鋼帶寬度80 mm，長度2 000 mm。每根錨桿采用3支樹脂錨固劑，1支為K2335，另2支為Z2360，錨桿錨固力不小于5 t，扭矩不小于200 N。巷道臨空側(cè)原始支護方式如圖1所示。

圖1 巷道臨空側(cè)原始支護方式Fig.1 Original support mode of gob-side roadway

2.2 巷道變形情況及原因分析

在采動影響下，40205運順臨空側(cè)幫部變形明顯，最大變形量達(dá)1.2 m，回采側(cè)幫部變形量約為0.4 m，導(dǎo)致巷道寬度不能滿足正常使用。根據(jù)煤層地質(zhì)條件及現(xiàn)場窺視分析，臨空側(cè)發(fā)生大變形的主要原因有2個方面。

（1）煤層自身裂隙發(fā)育，煤體完整性較差。由于所采煤層存在垂直節(jié)理，豎向裂隙發(fā)育，且局部較松碎，結(jié)合現(xiàn)場窺視結(jié)果，在采動影響下，巷道臨空側(cè)的松動圈最大覆蓋范圍達(dá)到3 m，導(dǎo)致臨空側(cè)幫部支護不能有效控制幫部的松碎煤體變形，進而造成幫部幫鼓及局部網(wǎng)包出現(xiàn)，導(dǎo)致臨空側(cè)幫部變形嚴(yán)重。

（2）臨空側(cè)煤柱受采動影響，變形增加。在回采工作面采動影響下，臨空側(cè)煤柱由于受采空區(qū)及回采工作面采動影響雙重作用，導(dǎo)致煤柱受壓變形量急劇增加。

3 支護方案優(yōu)化

3.1 支護優(yōu)化思路

針對臨空側(cè)煤柱變形情況及原因分析，為加強臨空側(cè)巷道變形量控制，采用增加幫部錨索、注漿錨索、更換大托盤增大支護表面積等方式加強臨空側(cè)巷道幫部支護。

（1）在巷道肩窩位置施工錨索配合大托盤，增加肩部的支護強度及支護面積，控制肩窩位置的幫鼓，避免肩窩位置形成吊包。

（2）在幫部施工注漿錨索，幫部注漿。對臨空側(cè)煤柱進行注漿加固，提高臨空煤柱煤體的完整性，增強煤體自身的承載強度，控制幫部鼓包形成。

3.2 支護優(yōu)化方案

臨空側(cè)幫部上部將原有錨桿支護調(diào)整為錨索支護，錨索規(guī)格為φ21.8m m×3 500 mm；在幫部頂板向下600 mm及2 200 mm位置，施工2排注漿錨索配合16號槽鋼加強支護，槽鋼長度2 000 mm，兩邊距兩端200 mm開φ32孔，孔距1 600 mm，注漿錨索長度3 500 mm，注化學(xué)漿對幫部媒體進行加固。臨空側(cè)幫部支護優(yōu)化方案如圖2所示。

圖2 臨空側(cè)幫部支護優(yōu)化方案Fig.2 Optimization scheme of gob-side support

4 現(xiàn)場試驗

通過現(xiàn)場及觀測記錄數(shù)據(jù)顯示，對幫部進行加強支護后，在補強支護區(qū)域布置兩組監(jiān)測點，經(jīng)過15 d的巷道圍巖變形觀測，臨空側(cè)幫部變形曲線圖如圖3所示。

圖3 支護優(yōu)化后巷道變形監(jiān)測情況Fig.3 Roadway deformation after support optimization

由圖3可以看出，1號監(jiān)測點臨空側(cè)幫部最大變形量為400 mm，2號監(jiān)測點臨空側(cè)幫部最大變形量為310 mm，監(jiān)測期間前10 d巷道變形量較大，10～15 d巷道變形量明顯減小，巷道變形趨于穩(wěn)定。

通過對比原始巷道變形量，優(yōu)化支護方式后，巷道臨空側(cè)幫部的變形量減小了800 mm，巷道變形量得到了有效控制，保證了巷道的正常使用。

5 結(jié) 論

（1）對松散圍巖進行注漿加固，提高圍巖的自身承載強度，能有效控制巷道圍巖的變形，從而降低巷道收斂變形量。

（2）臨空側(cè)巷道加強巷道肩窩位置的支護強度及支護面積，能有效預(yù)防肩窩位置的大變形，避免肩窩松散煤體形成吊包，影響巷道斷面。

（3）臨空巷道圍巖松動圈較大時，對圍巖進行注漿加固，控制圍巖松動圈擴大，能有效預(yù)防巷道大變形情況發(fā)生。