采空側(cè)巷道支護技術(shù)的研究與應(yīng)用

牛棟

（華陽新材料科技集團有限公司，山西 陽泉 045000）

0 引 言

采煤過程中采空側(cè)巷道受開采深度、采高、預(yù)留煤柱及上一工作面采動的影響，礦壓顯現(xiàn)強烈，圍巖劣化明顯，不能保證頂板支護強度及人員作業(yè)安全。目前，國內(nèi)外針對此類問題處理辦法是工作面水力切頂卸壓、加強支護、加快巷道維護等。本文以景福煤礦15101 綜采工作面為例，介紹采用優(yōu)化加強支護、順槽超前作業(yè)、強化組織管理等措施保障工作面正常推進。

1 工程概況

景福煤礦15101 綜采工作面進風(fēng)順槽為礦井投產(chǎn)后首個采空側(cè)巷道，進入采空側(cè)巷道后，受上一工作面動壓傳遞的影響，進風(fēng)順槽超前支護范圍內(nèi)頂板破碎下沉嚴重，礦壓顯現(xiàn)強烈，主要表現(xiàn)在以下方面。

（1） 巷道變形嚴重。

進風(fēng)順槽原斷面凈寬5.0 m，凈高3.9 m，工作面安裝回采前已對進風(fēng)順槽進行全長起底、開幫作業(yè)。但工作面推進受采空側(cè)動壓影響，采線前200 m，巷道凈寬不足3.5 m，凈高不足2.5 m。

（2） 影響礦井正常生產(chǎn)組織。

進入采空側(cè)巷道后，進風(fēng)順槽內(nèi)由于轉(zhuǎn)載機兩側(cè)單體間距大（最小2 m，推移油缸處2.7 m），頂板支護強度不足，受采空側(cè)動壓與工作面采動壓力傳遞影響，轉(zhuǎn)載機上方頂板率先破碎泄壓，形成應(yīng)力集中帶，受限于礦井提升能力，工作面推進速度有限，頂板持續(xù)破碎下沉及底鼓變形速率遠大于工作面推進速率，導(dǎo)致轉(zhuǎn)載機與端頭支架壓死，加之挑頂作業(yè)難打大、風(fēng)險高，只能對轉(zhuǎn)載機與端頭支架下整體起底作業(yè)，工作面被迫停產(chǎn)。

（3） 單體柱損壞率高。

15201 工作面進入采空側(cè)巷道后，因煤柱幫側(cè)煤體受采壓后煤體酥軟，開幫后極易垮落，超前開幫支設(shè)架棚一段時間后，煤柱幫側(cè)煤體受壓，對單體柱形成水平擠壓，造成單體柱柱腿發(fā)生位移，大幅增加了傾倒和柱身折斷的概率，不能保證頂板支護強度及人員作業(yè)安全。

（4） 無法保障安全作業(yè)。

受采空側(cè)動壓傳遞與超前支護范圍內(nèi)支護強度不足的影響，進風(fēng)順槽超前支護范圍內(nèi)頂板破碎下沉嚴重、礦壓顯現(xiàn)強烈，導(dǎo)致安全通道不暢通、作業(yè)空間狹小、工人作業(yè)環(huán)境差、勞動強度大、安全系數(shù)低、工傷事故高發(fā)等一系列問題，嚴重威脅煤礦生產(chǎn)安全。

2 技術(shù)手段

2.1 優(yōu)化加強支護

原支護采用普通單體柱配合1 200 mm 長鉸接頂梁三路順巷抬棚支護，超前支護距離80 m，如圖1 所示。

圖1 15101 綜采工作面進風(fēng)順槽原支護方式Fig.1 Original support mode of air inlet passage in 15101 fully mechanized mining face

根據(jù)巷道實際情況，對原支護方式進行優(yōu)化改進。采用4.6 m 長高強π 型梁加DW3.5 m 懸浮單體柱架棚（梁方向與工作面方向平行） 支護，一梁三柱支護，棚距由1 200 mm 調(diào)整為800 mm（頂板破碎、構(gòu)造帶500 mm），同時加大超前支護距離，采線向外不少于100 m。

超前支護段抬棚作業(yè)時靠近兩幫單體柱帶岔角支設(shè)，底角為80°，同時對π 型梁進行改裝，在距頂梁兩段末端位置加裝兩節(jié)卡箍，規(guī)格同頂梁，長度100 mm。之后在單體柱柱頭與π 型梁連接處加防滑墊，并用14 號雙股鐵絲與頂網(wǎng)連接設(shè)防倒措施，煤柱幫開幫掛網(wǎng)后采用半圓木背實楔緊。

15101 綜采工作面進風(fēng)順槽改進后的支護方式如圖2 所示。

圖2 1 號測站巷道表面位移Fig.2 Roadway surface displacement of No.1 station

圖2 15101 綜采工作面進風(fēng)順槽改進后支護方式Fig.2 Supporting method after improvement of air inlet passage in 15101 fully mechanized mining face

2.2 超前補強支護

進風(fēng)順槽頂板原支護為全錨索布置，規(guī)格為φ21.6 mm×6 300 mm 與φ21.6 mm×9 300 mmm 錨索間隔布置，間距均為800 mm，排距為900 mm。

現(xiàn)根據(jù)實際情況，在工作面進入采空側(cè)巷道前，沿進風(fēng)順槽方向全長頂板補強支護，每兩排中間補打3 根加強錨索，錨索規(guī)格為φ21.6 mm×9 300 mm，配套300 mm×300 mm 鋼托盤。

2.3 多點超前作業(yè)

（1） 超前擴幫。首先從轉(zhuǎn)載機機頭煤柱幫開始隨工作面推進向大巷方向開幫，一次擴幫范圍長×深=4 000 mm×1 200 mm，高度不低于3.5 m，擴幫后巷寬不低于4.6 m，之后將多余長錨桿、錨索多余部分用錨索切割器截割掉，幫網(wǎng)順巷鋪掛，后用半圓木在單體柱與網(wǎng)間背實。其次從煤柱側(cè)1號端頭支架前方開始，一次擴幫范圍長×深=4 000 mm×600 mm，擴幫后保障端頭支架與煤柱距離不低于0.8 m，保障安全通道與便于人員操作設(shè)備。

（2） 超前起底作業(yè)。首先從轉(zhuǎn)載機機頭隨工作面推進向大巷方向起底，一次起底底面積為長×寬=4 600 mm×3 500 mm，挖底深度要保證后巷高不低于3.5 m。挖底采用分層臥底施工，上分層下臥700 mm 超前下分層5～10 m 施工，下分層保證挖底施工后巷高不低于3.5 m。其次從端頭支架前兩側(cè)立柱柱窩位置開始，挖底面積為800 mm×500 mm，挖底后確保底板與端頭架底座面在同一平面。

2.4 強化組織管理

一是針對專業(yè)化隊組制定嚴格的工作面過采空側(cè)巷道管理制度；二是成立專業(yè)工程隊，超前支護起底作業(yè)，各專業(yè)班組的工種固定，任務(wù)單一，責(zé)任明確，提高作業(yè)效率。

3 優(yōu)化效果

采取以上措施后，圍巖變形速率有效控制，巷道斷面得以保障，單體柱損壞率大幅降低，按年均推進800 m 計，全年節(jié)約1 000 根單體柱。

采空側(cè)巷道內(nèi)作業(yè)環(huán)境得到改善，保證了礦井的正常生產(chǎn)，減輕了人員勞動強度，工作面產(chǎn)量逐年提升。試驗運行階段工作面每年過采空側(cè)巷道期間月均產(chǎn)量62 185～64 107 t。隨著優(yōu)化改進措施的逐步實施，工作面每年過采空側(cè)巷道期間月均產(chǎn)量顯著增加，見表1。

表1 景福煤礦近5 年采煤工作面過采空側(cè)巷道產(chǎn)量統(tǒng)計分析Table 1 Statistical analysis on output of overhead side roadway in coal face of Jingfu Coal Mine in recent 5 years

2018 年增長至77 570 t，2019 年88788 t，2020 年83925 t，2021 年預(yù)計在90 000 t/月上下；單個工作面過采空側(cè)巷道月均產(chǎn)量由15101 工作面的59 271 t，增長至15104 工作面71 016 t，15105工作面77 220 t，15106 工作面81 499 t，15107 工作面月均產(chǎn)量預(yù)計85 000 t。

續(xù)表

4 結(jié) 論

（1） 針對景福煤礦15101 綜采工作面采空側(cè)巷道受開采深度、采高、預(yù)留煤柱及上一工作面采動的影響，礦壓顯現(xiàn)強烈，圍巖劣化明顯引起的一系列問題，采用優(yōu)化加強支護、順槽超前作業(yè)、強化組織管理等改進措施。這些措施逐步實施后，采煤工作面采空側(cè)巷道內(nèi)作業(yè)環(huán)境大幅改善，作業(yè)空間得以保障，單體柱損壞率大幅降低，減輕了人員勞動強度，安全通道暢通，保證了礦井的正常安全生產(chǎn)，工作面產(chǎn)量顯著提升。

（2） 景福煤礦過采空側(cè)巷道的一套體系辦法，是在生產(chǎn)過程中一次次試驗總結(jié)完善出來的，為類似礦井采用采區(qū)前進式開采順序、工作面鄰面搬家、采空側(cè)巷道治理方面供了技術(shù)經(jīng)驗，尤其是相關(guān)基建礦井轉(zhuǎn)入生產(chǎn)礦井初期，有借鑒參考價值。