孤島工作面回采巷道支護技術應用探討

常海軍

（沁和能源集團有限公司永紅煤礦，山西 晉城 048000）

煤礦井下開采過程中，受礦井采掘接續(xù)布局及現場開采條件等因素制約，在一個采區(qū)內工作面往往會出現跳采布置方式，從而導致該采區(qū)至少會出現一個工作面開采時其兩側相鄰兩個工作面已開采結束形成采空區(qū)，造成該工作面出現“孤島”現象［1-2］。因孤島工作面上下兩巷均臨近工作面采空區(qū)，其煤體承載的圍巖應力將會隨著兩側采空區(qū)面積的增加而增大，從而對巷道圍巖穩(wěn)定性造成很大影響，具體表現為工作面開采過程中巷道礦壓顯現劇烈、圍巖變形量增大、巷道支護和維護難度增大，給礦井安全生產帶來較大影響［3-4］。為此，在孤島工作面開采過程中，需優(yōu)化巷道支護工藝，提高圍巖支護強度，減少巷道變形量，以確保工作面安全高效回采。

1 工程概況

沁和能源集團有限公司永紅煤礦設計生產能力1.20 Mt/a，為高瓦斯礦井，其3405綜采工作面位于三采區(qū)東翼，在三采區(qū)工作面開采過程中，為解決相鄰工作面掘進和回采同時進行時存在相互擾動問題，實行跳采開采方式布置采區(qū)工作面，從而導致3405工作面的北側3403工作面和南側3407工作面先進行開采，造成3405工作面形成孤島工作面，3405工作面平面布置如圖1所示。

3405綜采工作面設計可采長度682 m，傾斜長125 m，主采3號煤層，煤層平均厚度4.2 m，平均坡度9°。工作面煤層直接頂為砂質泥巖，平均厚度5.28 m，老頂為中粒砂巖，平均厚度6.54 m，直接底為砂質泥巖、泥巖，平均厚度3.22 m，老底為細粒砂巖，平均厚度6.74 m。

圖1 3405工作面平面布置

2 巷道支護

2.1 支護方式

永紅煤礦傳統(tǒng)巷道支護方式為架棚支護或錨網支護，根據該礦工作面接續(xù)計劃安排，3405工作面進風巷設計沿原3405工作面回風巷掘進，3405回風巷沿原3407工作面進風巷進行掘進。因此，結合原3405工作面和3407工作面巷道支護設計報告，同時考慮到孤島工作面回采巷道受原兩側工作面采空區(qū)影響較大，巷道圍巖承壓強度大，容易發(fā)生破壞變形等因素，擬提出在3405工作面回采巷道采用“錨網+工字鋼架棚”聯(lián)合支護技術。

2.2 支護設計

3405工作面進回風巷均沿巷道煤層底板掘進，掘進斷面形狀為矩形，斷面尺寸為高×寬=3 000 mm×4 000 mm。

（1）工字鋼棚支護參數。巷道掘進采用12#礦工字鋼進行架棚支護，棚距設計為800 mm。支護規(guī)格為：工字鋼梁全長為3 400 mm，腿長3 000 mm，支護斷面形狀為梯形，架棚后頂部凈寬為3 100 mm，下部凈寬4 000 mm，凈高2 800 mm，下扎角9°。工字鋼腿底部均焊接有150 mm×150 mm鋼墊板；每棚工字鋼腿在距頂部1 000 mm和2 000 mm位置分別焊接一根?20 mm×40 mm的無縫鋼管，同時采用?20 mm圓鋼加工成梁頭帶90°的彎頭的連桿，在每兩棚之間使用連桿連接在無縫鋼管上。巷道頂部采用塑料網搭配金屬網進行護頂，幫部采用塑料網護幫；在頂部和幫部采用1 100 mm長半圓木進行背頂背幫，頂部和幫部圓木間距分別為600 mm和500 mm，并使用撐木支撐牢固；每兩棚工字鋼棚之間布置7根撐木支撐確保棚梁穩(wěn)固，其中頂梁上布置3根、兩幫各布置2根；架棚后必須保證棚梁腿接頂背實，迎山站正，梁腿穩(wěn)固、支撐有力，確保施工工程質量合格。

（2）幫部錨桿支護參數。為增強巷道圍巖支撐強度，減少圍巖變形量，在巷道兩幫分別施工2排?20 mm×1 600 mm錨桿進行補強支護，第一排錨桿距巷頂400 mm位置施工，與水平方向成20°夾角；幫部第二根錨桿距第一根錨桿間距1 000 mm與水平方向成90°夾角施工，錨桿排距為800 mm。采用搭接法雙排扣聯(lián)網鋪設鋼筋網，鋼筋網搭接長度不小于100 mm，使用14#雙股鐵絲聯(lián)網，鐵絲長度350 mm，聯(lián)網間距不得大于200 mm，雙排扣三花聯(lián)網。

③錨桿補強支護材料參數。錨桿，?20 mm×1 600 mm通絲錨桿；托盤，150 mm（直徑）×10 mm（厚）中間帶有直徑為20 mm圓孔的鋼板；鋼筋網，?6.5 mm鋼筋，寬1 m、長2 m，網孔規(guī)格為60 mm×60 mm；錨固劑，型號為Z2350和K2350，規(guī)格c20 mm×500 mm，640±10 g。巷道支護斷面如圖2所示。

圖2 3405工作面巷道支護斷面

3 巷道補強支護

3.1 工作面端頭補強支護

工作面端頭支護采用液壓支架+單體柱+鉸接梁（1.2 m）支護頂板。具體支護技術與要求如下：

（1）根據液壓支架與煤柱最突出部分間距決定支護技術。距離小于等于0.5 m時，可不進行支護，根據間距大小在切頂線處打1根切頂柱。距離大于0.5 m、小于等于1.1 m時，端頭必須打帶帽點柱或施工3～4根1.2 m鉸接梁配合單體柱進行支護。

①若端頭頂板破碎時，沿工作面走向架鉸接梁棚配合單體柱進行支護，“一梁一柱”；若端頭頂板完好時，沿走向支設一排帶帽單體柱；單體柱或鉸接梁棚要靠近煤柱進行支設（距煤柱最突出部分不大于0.5 m）。

②點柱支護柱距為0.8 m，鉸接梁支護柱距為1.2 m，偏差不超過0.1 m。

③支護范圍從切頂線開始至超前支架尾梁位置，若使用鉸接梁配合單體柱進行支護時鉸接梁前端距超前支架尾梁不超過0.8 m，超過時補打帶帽點柱。

距離超過1.1 m、小于等于1.5 m時，在液壓支架與煤柱間采用一對鉸接梁棚（6根鉸接梁）配合6根單體柱支護頂板。

a、鉸接梁棚距煤柱不超過0.5 m，距液壓支架不超過0.5 m，梁（中對中）間距不超過0.4 m。

b、單體柱施工在鉸接梁中間位置（柱距1.2 m），偏差不超過0.1 m。

c、鉸接梁錯節(jié)布置成“邁步”形式，步距0.6 m，偏差不超過0.1 m。

d、鉸接梁棚長梁前端距超前支架尾梁不超過0.6 m（若超過0.6 m，則加補點柱一根），鉸接梁短梁距超前支架尾梁不超過1.2 m（若超過1.2 m，則補一棚鉸接梁）。距離大于1.5 m、小于等于2.8 m時，在液壓支架與煤柱間架設兩對鉸接梁棚（12根鉸接梁）配合12根單體柱支護頂板，兩對鉸接梁棚間距不超過0.8 m。距離大于2.8 m時，考慮增加液壓支架進行支護。

（2）如果頂板破碎，則可縮小對棚間距、增加對棚或在液壓支架頂梁上和對棚上沿傾向背木料。

（3）端頭支護布置。以切頂線為基準，控制對棚的位置；對棚短梁滯后切頂線0.6 m，偏差不超過0.1 m，同時保證對棚長梁距超前支架尾梁不超過0.6 m、對棚短梁距超前支架尾梁不超過1.2 m。

（4）切頂柱布置：①切頂線位置，液壓支架頂梁和掩護梁連接銷孔處。②沿切頂線支設帶帽點柱，間距不超過0.3 m，保證無竄矸現象。切頂柱一般情況下可超前切頂線0.2 m，誤差不超過0.1 m，嚴禁滯后切頂線支設。

（5）支護質量標準。①對棚為鉸接梁棚，一梁一柱，錯距0.6 m，隨工作面推進交替邁步前移，步距1.2 m。對棚梁間距不超過0.4 m，兩對對棚間距不超過0.8 m。②梁要接頂嚴密，頂板凹凸處用木料背頂。③所有單體柱的卸載閥朝向一致并系好防倒繩。④安全出口高度不小于1.8 m，人行道寬度不小于0.8 m。⑤單體柱活柱行程不小于0.2 m，不大于0.7 m。⑥底板松軟時單體柱應穿柱鞋，單體柱鉆底量不大于0.1 m。⑦根據煤層厚度的變化及時更換與巷高相適應的單體柱。⑧單體柱初撐力不小于11.5 MPa。⑨每班循環(huán)注液，動態(tài)保持單體柱初撐力滿足要求。

3.2 順槽補強支護

當工作面進回風順槽巷道頂板下沉量較大時，需在巷道內打設單體柱配金屬鉸接梁進行補強支護，支護密度和方式要根據現場實際情況來確定。打設抬棚時單體液壓支柱下方要墊柱鞋，單體柱初撐力不低于11.5 MPa，且單體支柱要使用防倒鏈捆綁進行固定防倒；當工作面上下順槽巷道圍巖較破碎、變形量較大時，可采取在巷道內對破碎圍巖進行注漿加固和補打注漿錨索或恒阻錨索進行補強加固等措施［5-6］，減少巷道圍巖變形量，確保工作面安全高效回采。

4 支護效果

3405孤島工作面上下順槽巷道支護方案選用工字鋼架棚+幫部錨桿補強支護技術，回采期間在上下端頭及兩巷采取打設單體柱配金屬鉸接梁抬棚和巷道注漿、補打錨索補強支護措施。工作面上下順槽巷道應用上述措施后，通過現場觀察和測量，結果發(fā)現，工作面回采過程中上下順槽巷道頂板下沉量為100～200 mm，底鼓量為300～500 mm，巷道兩幫位移量為300～500 mm，巷道圍巖變形量在可控范圍之內，回采時只需對巷道局部進行超前臥底即可滿足回采需要。回采期間，工作面及巷道礦壓顯現不明顯，未發(fā)生過頂板流煤矸、垮落冒頂、沖擊地壓等頂板事故，工作面實現安全正常回采。

5 結語

為解決孤島工作面巷道圍巖壓力大，巷道變形量大、礦壓顯現明顯等問題，根據永紅煤礦3405孤島工作面地質資料及實際開采條件，回采巷道擬定采用“工字鋼架棚+幫部錨桿補強”支護方案；并設計具體支護技術參數，同時在工作面回采期間提出加強工作面上下端頭及巷道超前支護加固措施。該巷道支護方案應用表明，支護技術方案能夠有效控制巷道圍巖變形量，減小礦壓顯現強度，為工作面安全高效回采提供保障，可在相似條件的巷道中推廣應用。