81108工作面回風(fēng)巷沿空掘巷支護(hù)技術(shù)優(yōu)化

段博棟

（華陽新材料科技集團(tuán)有限公司一礦，山西 陽泉 045000）

1 工程概況

山西陽煤一礦81108工作面位于北丈八井十一采區(qū)81107工作面以東（已采），81109工作面以南（已采），8906工作面以西（已采），81105工作面以北（現(xiàn)掘）。81108工作面開采15#煤層，煤層厚度為5.6～6.36 m，平均厚度為5.98 m，煤層頂板為泥巖和石灰?guī)r，底板為泥巖和砂質(zhì)泥巖。工作面采用綜采放頂煤開采方法，全部垮落法管理頂板。

81108工作面回風(fēng)巷是沿15#煤基本頂掘進(jìn)的半煤巖巷，屬Ⅱ類巷道，回風(fēng)巷與鄰近采空區(qū)間的煤柱寬度為8 m，巷道掘進(jìn)屬于沿空掘巷，巷道寬度×高度=4800 mm×3300 mm。巷道頂板采用錨網(wǎng)索支護(hù)，巷幫采用錨桿+錨網(wǎng)支護(hù)，錨桿采用規(guī)格為Ф20 mm×2400 mm 的高強(qiáng)螺紋鋼錨桿，頂板間排距為800 mm×900 mm，兩幫間排距為900 mm×900 mm。頂板錨索采用Ф21.6 mm×8250 mm的1×7股鋼絞線，間排距為 1300 mm×900 mm。如圖1。根據(jù)現(xiàn)場觀測可知，巷道掘進(jìn)期間頂板下沉量大、兩幫移近量大且底板鼓起嚴(yán)重，需進(jìn)行巷道支護(hù)方案的優(yōu)化。

圖1 巷道原有支護(hù)斷面圖（mm）

2 圍巖變形特征分析

2.1 圍巖現(xiàn)場變形特征

81108工作面回風(fēng)巷沿空掘巷期間，其巷道在8 m護(hù)巷煤柱和錨網(wǎng)索支護(hù)方案下，掘進(jìn)期間圍巖出現(xiàn)了大變形和嚴(yán)重破壞現(xiàn)象。

回風(fēng)巷沿空掘巷期間，巷道圍巖頂板裂隙縱橫、破碎失穩(wěn)嚴(yán)重，變形特征為頂板下沉、底鼓嚴(yán)重和兩幫移近量大，其中在巷道局部位置圍巖變形量大于1200 mm，巷道頂板出現(xiàn)大變形的“網(wǎng)兜”現(xiàn)象，存在漏頂和冒頂?shù)娘L(fēng)險(xiǎn)。為保障巷道正常使用，需要反復(fù)起底和人工擴(kuò)幫才能正常使用。由于巷道沿煤層基本頂掘進(jìn)，巷道屬于半煤巖巷，且由于15#煤層節(jié)理裂隙發(fā)育，煤層整體松軟，煤層與直接頂泥巖接觸面的位置處圍巖穩(wěn)定性差，進(jìn)而易出現(xiàn)兩幫變形量大的特征[1-3]；煤層基本頂巖層為泥巖和石灰?guī)r復(fù)合巖層，巖層整體強(qiáng)度不高，故易出現(xiàn)頂板下沉量較大。

2.2 圍巖變形過程

81108工作面回風(fēng)巷采用原有支護(hù)時(shí)，巷道在原有支護(hù)方案下掘進(jìn)100 m，每間隔25 m布置一個(gè)圍巖變形觀測點(diǎn)，通過十字布點(diǎn)法進(jìn)行圍巖變形觀測，現(xiàn)取測站1和測站2進(jìn)行分析，圍巖變形曲線如圖2。

分析圖2（a）可知，測站1在100 d的監(jiān)測期內(nèi)，巷道圍巖持續(xù)變形，兩幫變形、底板鼓起和頂板下沉平均速率分別為1.6 mm/d、5.1 mm/d和2.4 mm/d，頂板下沉量、兩幫移近量和底板鼓起量在觀測期間的最大值分別為163 mm、517 mm和240 mm。

分析圖2（b）可知，巷道兩幫和底板持續(xù)變形較為劇烈，巷道兩幫變形量大，觀測72 d內(nèi)移近量達(dá)到587 mm，且巷道底板鼓起量較為嚴(yán)重。通過4月3日和4日的臥底作業(yè)，監(jiān)測期間底板的平均鼓起速率為6.6 mm/d，累計(jì)鼓起量達(dá)到476 mm。

圖2 巷道原有支護(hù)方案下圍巖變形曲線圖

綜合上述分析可知，巷道在現(xiàn)有支護(hù)方案和護(hù)巷煤柱下，觀測期間圍巖處于持續(xù)變形的狀態(tài)，且保持了一定的變形速率，圍巖的變形速率隨著時(shí)間的增長無明顯的降低現(xiàn)象。巷道沿空掘巷期間兩幫和底板鼓起量大，頂板下沉量相對較小，但局部地段頂板較為破碎時(shí)也出現(xiàn)大變形的“網(wǎng)兜”現(xiàn)象。根據(jù)現(xiàn)場觀測情況可知，巷道在現(xiàn)有支護(hù)方案下，圍巖變形量大，需要不斷進(jìn)行擴(kuò)幫和起底作業(yè)才能滿足回采使用要求，這會(huì)嚴(yán)重影響生產(chǎn)效率。

3 支護(hù)優(yōu)化方案及效果

3.1 支護(hù)優(yōu)化方案

根據(jù)81108工作面回風(fēng)巷在原有錨網(wǎng)索支護(hù)方案下的圍巖變形特征，確定巷道采用頂幫協(xié)同支護(hù)技術(shù)，該技術(shù)要點(diǎn)如下：（1）支護(hù)中增加兩幫的錨固深度，提升兩幫的支護(hù)強(qiáng)度；（2）巷幫采用錨桿+錨索聯(lián)合支護(hù)，通過錨索提升巷幫支護(hù)強(qiáng)度和密度，實(shí)現(xiàn)頂幫協(xié)同支護(hù)[4-6]。優(yōu)化方案如下：

（1）頂板支護(hù)。錨桿采用Φ20 mm×2400 mm高強(qiáng)螺紋鋼錨桿，間排距800 mm×900 mm，錨固長度為1200 mm，預(yù)緊扭矩為300 N·m，錨索采用Φ21.6 mm×8250 mm的1×7股鋼絞線，間排距為1300 mm×900 mm，錨固長度為2400 mm，預(yù)緊力為150 kN；采用W型鋼帶+6#方形金屬網(wǎng)護(hù)表。

（2）兩幫支護(hù)。錨桿規(guī)格、間排距、錨固長度、預(yù)緊扭矩等參數(shù)同頂板，巷幫錨索采用規(guī)格為Φ17.8 mm×5000 mm的1×7股鋼絞線，間排距為1500 mm×1800 mm，錨索采用端頭錨固，錨固長度為2400 mm，預(yù)緊力為100 kN，巷幫錨索采用16#槽鋼梁進(jìn)行連接，槽鋼長度為2100 mm，幫部錨桿同樣采用W型鋼帶進(jìn)行連接，表面采用6#方形金屬網(wǎng)進(jìn)行護(hù)表。

（3）回采前補(bǔ)強(qiáng)臨時(shí)支護(hù)。在工作面回采前在巷中布置一排DW35-200/100型單體液壓支柱進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，排距1000 mm，單體支柱初撐力≥100 kN，單體柱頂梁π型鋼梁，長度為4000 mm。

具體81108工作面回風(fēng)巷支護(hù)斷面如圖3。

圖3 81108工作面回風(fēng)巷支護(hù)優(yōu)化斷面圖（mm）

3.2 效果分析

81008工作面回風(fēng)巷采用優(yōu)化后的支護(hù)方案后，在巷道掘進(jìn)期間每間隔30 m布置一個(gè)巷道表面位移監(jiān)測站，基于支護(hù)優(yōu)化前后圍巖變形特征，能夠得知巷道在支護(hù)優(yōu)化前后圍巖變形的對比數(shù)據(jù)見表1。

表1 回風(fēng)巷支護(hù)優(yōu)化前后圍巖變形數(shù)據(jù)表

分析表1可知，回風(fēng)巷在采用優(yōu)化支護(hù)方案后，巷道兩幫煤巖體的變形速率和變形量均大幅降低，兩幫移近量由原有支護(hù)下的517～691 mm降低為239～285 mm，兩幫變形速率也由原有支護(hù)方案下的5.1～11.8 mm/d降低為3.7～4.8 mm/d。據(jù)此可知，巷道兩幫增加錨索支護(hù)后，有效控制了沿空掘巷期間的兩幫煤巖體的變形。另外從表2中能夠看出，巷道采用支護(hù)優(yōu)化方案后，頂板下沉量由98～173 mm降低為74～88 mm，底板鼓起量由240～522 mm降低為177～212 mm，降幅顯著。

綜合上述分析可知，回風(fēng)巷采用支護(hù)優(yōu)化方案后，巷道頂?shù)装搴蛢蓭妥冃瘟烤@著降低，提升了巷道圍巖的穩(wěn)定性，充分發(fā)揮了圍巖頂幫協(xié)同支護(hù)效果。

4 結(jié)論

根據(jù)81108工作面回風(fēng)巷地質(zhì)條件，通過分析原有支護(hù)下巷道兩幫變形量大的原因，確定采用頂幫協(xié)同支護(hù)優(yōu)化方案。優(yōu)化后支護(hù)方案有效保障了巷道圍巖的穩(wěn)定。