8101-1綜放工作面超前應(yīng)力區(qū)圍巖控制技術(shù)

楊 博

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)四老溝煤礦，山西 大同 037031）

1 概況

晉能控股煤業(yè)集團(tuán)四老溝煤礦8101-1綜放工作面位于回風(fēng)大巷西南部，工作面東部、南部為該礦與塔山礦礦界，北部為8101工作面采空區(qū)，西部未開(kāi)拓。工作面走向長(zhǎng)度為1583 m，傾斜長(zhǎng)度為189 m，工作面回采3#與5#合并煤層，含夾矸0～4層，平均厚度0.4 m，煤厚8.07～14.33 m，平均10.3 m。工作面為長(zhǎng)壁后退式、全部垮落法管理頂板的綜合機(jī)械化放頂煤采煤工作面，采高3.5 m。

8101-1工作面北部為8101工作面采空區(qū)，該采空區(qū)與8101-1工作面回風(fēng)順槽（5101-1巷）之間預(yù)留保安煤柱寬度25 m。工作面的573 m處揭露一條F7正斷層，斷層落差為1.7 m，傾角為48°，斷層從采空區(qū)向8101-1工作面方向延伸，斷層與5101-1巷夾角為58°。8101-1工作面回采至540 m處時(shí)，距工作面30 m范圍內(nèi)回風(fēng)順槽應(yīng)力集中，出現(xiàn)頂板破碎、兩幫收縮現(xiàn)象。工作面回采至548 m處時(shí)，應(yīng)力破壞現(xiàn)象更加明顯，導(dǎo)致回風(fēng)順槽支設(shè)的單體柱變形嚴(yán)重，頂板下沉量達(dá)0.42 m，兩幫收斂量達(dá)0.54 m，造成回風(fēng)順槽斷面積不足設(shè)計(jì)斷面積的70%，威脅工作面后期安全高效回采。

2 超前應(yīng)力集中區(qū)圍巖控制

針對(duì)8101-1工作面前期回采過(guò)程中回風(fēng)順槽圍巖變形現(xiàn)象，為了提高回風(fēng)順槽圍巖穩(wěn)定性，防止工作面在回采過(guò)程中受應(yīng)力作用回風(fēng)順槽出現(xiàn)頂板垮落事故，決定對(duì)回風(fēng)順槽采取聯(lián)合控制技術(shù)[1-5]。超前應(yīng)力區(qū)聯(lián)合支護(hù)示意圖如圖1。

圖1 超前應(yīng)力區(qū)聯(lián)合支護(hù)示意圖（mm）

2.1 施工卸壓孔

（1）通過(guò)施工卸壓孔使巷道圍巖內(nèi)應(yīng)力沿卸壓孔釋放，避免圍巖應(yīng)力在圍巖裂隙內(nèi)傳導(dǎo)，導(dǎo)致出現(xiàn)裂隙擴(kuò)張破壞，從而造成圍巖破碎加劇。

（2）卸壓孔施工在5101-1巷應(yīng)力集中區(qū)頂板上，卸壓孔深度為5.0 m，直徑為50 mm，卸壓孔布置間距為3.0 m，卸壓孔垂直布置在5101-1巷頂板中部。

（3）卸壓孔施工完后，為了防止在卸壓過(guò)程中應(yīng)力對(duì)卸壓孔孔壁產(chǎn)生破壞作用，卸壓孔安裝卸壓花管。每節(jié)花管長(zhǎng)度為2.0 m，直徑為49 mm，花管之間采用絲扣連接，花管四周均勻布置四列圓孔，孔徑為5 mm，孔間距為0.3 m。

2.2 施工錨索吊棚

2.2.1 施工目的

錨索吊棚通過(guò)高強(qiáng)度錨索將鋼梁懸吊在穩(wěn)定巖體，通過(guò)對(duì)鋼梁施加預(yù)緊力，確保鋼梁與頂板巖體接觸嚴(yán)實(shí)。當(dāng)頂板巖體受應(yīng)力作用出現(xiàn)下沉?xí)r，鋼梁可對(duì)頂板巖體施加主動(dòng)支護(hù)作用，有效控制巖體下沉。

2.2.2 錨索吊棚組成部分

5101-1巷施工的錨索吊棚主要由工字鋼梁、恒阻錨索、鎖具等部分組成。其中，工字鋼梁長(zhǎng)4.5 m，鋼梁寬0.14 m，在鋼梁上布置三個(gè)恒阻錨索支護(hù)孔，孔間距為1.8 m，每根恒阻錨索長(zhǎng)度為6.5 m，直徑為21.8 mm，恒阻錨索承載能力為1890 MPa。

2.2.3 施工工序

（1）錨索吊棚施工工序如下：施工恒阻錨索支護(hù)孔→錨注恒阻錨索→安裝鋼梁→預(yù)緊鋼梁。5101-1巷施工的錨索吊棚布置間距為2.0 m，錨索吊棚施工在原頂板鋼帶之間。

（2）錨索吊棚施工時(shí)必須保證錨索錨固強(qiáng)度，每根錨索應(yīng)采用2支錨固劑錨固，錨索錨固強(qiáng)度不低于290 kN。錨索吊棚施工完后必須保證鋼梁與頂板接觸嚴(yán)實(shí)，對(duì)于破碎區(qū)域錨索可在相鄰兩架吊棚之間安裝水泥背板。

2.3 架設(shè)梯形鋼棚

（1）梯形鋼棚主要由頂梁、棚腿、卡纜、底座等組成。頂梁采用長(zhǎng)度為4.5 m、寬度為0.18 m槽鋼焊制而成，頂梁兩端各焊制一個(gè)固定孔，棚腿采用工字鋼梁焊制而成，棚腿長(zhǎng)度為2.8 m，棚腿上端按住卡槽，棚腿與頂梁之間采用卡纜進(jìn)行固定。

（2）梯形鋼棚超前工作面5.0 m處開(kāi)始架設(shè)，先安裝鋼棚底座，底座采用地錨與堅(jiān)硬底板固定，棚腿與底座之間采用螺母進(jìn)行固定。為了提高鋼棚支護(hù)效果，棚腿與底座之間布置夾角為75°，棚腿安裝后采用卡纜將棚腿與頂梁進(jìn)行固定。

（3）梯形鋼棚安裝后，必須保證頂梁與頂板接觸嚴(yán)實(shí)，梯形鋼棚架設(shè)間距為1.5 m。若回風(fēng)順槽頂板出現(xiàn)破碎、冒漏時(shí)，為了保證梯形梁棚支護(hù)效果，在相鄰三架鋼棚頂梁之間沿巷道走向布置4～6根長(zhǎng)度為3.2 m工字鋼梁。

2.4 應(yīng)用效果分析

目前，工作面已回采至600 m，通過(guò)對(duì)5101-1巷應(yīng)力集中區(qū)圍巖采取聯(lián)合控制措施后，分別在巷幫以及頂板安裝一組位移監(jiān)測(cè)儀，布置在工作面超前20 m處。后期回采過(guò)程中通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)觀察發(fā)現(xiàn)，采取措施后圍巖變形現(xiàn)象得到有效改善，在0～3 d范圍內(nèi)圍巖受應(yīng)力作用變形嚴(yán)重，頂板最大下沉量為0.16 m，兩幫收斂量為0.23 m，在3～5 d內(nèi)在聯(lián)合支護(hù)作用下圍巖變形現(xiàn)象逐漸減弱，5 d后頂板及兩幫變形趨于穩(wěn)定。

3 結(jié)論

（1）對(duì)超前應(yīng)力集中區(qū)圍巖施工卸壓孔后，能夠及時(shí)對(duì)圍巖內(nèi)部應(yīng)力進(jìn)行釋放，避免了集中應(yīng)力對(duì)圍巖產(chǎn)生裂隙擴(kuò)張破壞作用，從而提高了圍巖整體穩(wěn)定性。

（2）與傳統(tǒng)W型鋼帶相比，錨索吊棚具有抗載荷能力強(qiáng)、支護(hù)強(qiáng)度高以及不易變形等優(yōu)點(diǎn)，采用錨索吊棚后實(shí)現(xiàn)了吊棚可與變形圍巖耦合支護(hù)作用，有效防止頂板下沉、離層現(xiàn)象。

（3）與傳統(tǒng)矩形鋼棚相比，梯形鋼棚可根據(jù)圍巖應(yīng)力調(diào)整棚腿迎山角，從而適應(yīng)大變形圍巖，梯形棚支護(hù)時(shí)根據(jù)頂板應(yīng)力大小從而產(chǎn)生一個(gè)被動(dòng)支護(hù)作用力，大大提高支護(hù)效果。