主動(dòng)支護(hù)技術(shù)在綜放工作面回采巷道超前支護(hù)中的應(yīng)用

呂 梁

（汾西礦業(yè)集團(tuán)高陽煤礦， 山西 孝義 032306）

0 引言

采煤工作面開采引起的超前支承壓力，在采動(dòng)影響下回采巷道圍巖應(yīng)力集中，直觀表現(xiàn)為變形量增大。特別是采用綜放開采時(shí)，由于一次開采厚度大、采動(dòng)壓力顯現(xiàn)程度以及影響范圍更為明顯，導(dǎo)致回采巷道超前支護(hù)段圍巖變形更為明顯[1-3]。以往回采巷道超前支護(hù)多通過單體配合鉸接頂梁組成的架棚、超前支架等被動(dòng)支護(hù)方式，此種支護(hù)方式雖然可滿足圍巖控制需要，但是也普遍存在支護(hù)勞動(dòng)強(qiáng)度大、影響通風(fēng)斷面以及支護(hù)設(shè)備運(yùn)輸難度高等問題[4-5]。注漿錨索具備有主動(dòng)支護(hù)優(yōu)勢，同時(shí)通過圍巖注漿提高巖體自身承載能力及穩(wěn)定性，不僅可降低支護(hù)難度而且顯著降低勞動(dòng)支護(hù)強(qiáng)度[6]。因此，注漿錨索在沿空留巷、大變形巷道、應(yīng)力集中巷道以及破碎圍巖巷道中應(yīng)用較為廣泛，可實(shí)現(xiàn)圍巖變形的有效控制[7-9]。若使用注漿錨索代替?zhèn)鹘y(tǒng)的單體或者超前支架對圍巖進(jìn)行控制可降低超前支護(hù)工作量，對山西某礦3302 綜放工作面主動(dòng)支護(hù)在采面回采巷道超前支護(hù)中應(yīng)用進(jìn)行分析，以期為其他礦井回采工作面超前支護(hù)工作開展提供經(jīng)驗(yàn)借鑒。

1 3302 綜放工作面概況

1.1 工程地質(zhì)概況

3302 綜放工作面設(shè)計(jì)開采距離830 m、傾向面長220 m，3 號(hào)煤厚5.8 m、傾角5°。3 號(hào)煤層埋深平均230 m，直接頂、基本頂分別為泥巖、粉砂巖，直接底為砂巖。采面回采巷道在掘進(jìn)期間揭露有2 條落差在1.3 m 以內(nèi)正斷層，斷層發(fā)育區(qū)對采面煤炭生產(chǎn)基本無影響。礦井超前支護(hù)采用單體配合鉸接頂梁或者超前支架方式進(jìn)行，采用單體配合鉸接頂梁方式時(shí)施工安全風(fēng)險(xiǎn)較高且支護(hù)、鉸接頂板回收勞動(dòng)強(qiáng)度大；超前支架雖然機(jī)械化程度相對較高，但是支架移動(dòng)支撐頂板期間會(huì)出現(xiàn)頻繁的升架、降架，在支護(hù)頂板過程中容易導(dǎo)致原有支護(hù)體系失效、增大頂板破碎程度。

在3302 綜放工作面回采巷道內(nèi)布置的頂板窺視鉆孔獲取到頂板裂隙擴(kuò)展情況，如圖1 所示。從窺視結(jié)果看出，在巷道頂板淺部區(qū)域內(nèi)裂隙較為發(fā)育，但是深部位置巖體較為穩(wěn)定。整體來說。3 號(hào)煤層頂板較為穩(wěn)定且強(qiáng)度較高，可為注漿錨索代替?zhèn)鹘y(tǒng)的單體或者超前支架創(chuàng)造良好條件。

圖1 3 號(hào)煤層頂板不同孔深下鉆孔窺視成果

1.2 巷道原支護(hù)參數(shù)

3302 綜放工作面回采巷道斷面均為矩形（凈寬4 200 mm、凈高4 000 mm），采用錨網(wǎng)索支護(hù)工藝，具體支護(hù)參數(shù)為：頂板按照900 mm、900 mm 間排距布置5 根Φ20 mm×2 400 mm 螺紋鋼錨桿，按照1 800 mm、1 800 mm 間排距布置2 根Φ17.8 mm×6 200 mm 錨索；巷幫按照900 mm、900 mm 間排距布置5 根Φ20 mm×1 800 mm 螺紋鋼錨桿；頂板及巷幫掛設(shè)由10 號(hào)鐵絲編制的金屬網(wǎng)（網(wǎng)孔40 mm×40 mm）。

2 主動(dòng)支護(hù)在超前支護(hù)中的應(yīng)用

2.1 施工技術(shù)方案

根據(jù)3302 綜放工作面現(xiàn)場條件并結(jié)合采面開采期間礦壓顯現(xiàn)規(guī)律，提出在采面回采期間采用差異化差異支護(hù)方式實(shí)現(xiàn)超前支護(hù)，并為后續(xù)主動(dòng)支護(hù)在采面回采巷道超前支護(hù)中應(yīng)用提供經(jīng)驗(yàn)借鑒。在3302綜放工作面超前支護(hù)時(shí)使用注漿錨索進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，為確保頂板穩(wěn)定在距離采面不同距離布置不同參數(shù)單體支柱進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固。

具體采面回采巷道內(nèi)布置的注漿錨索布置如圖2 所示。

圖2 注漿錨索布置示意圖（單位：mm）

注漿錨索為Φ21.8 mm×6 200 mm 中空錨索，以1 800 mm、1 800 mm 間排距，垂直頂板施工，配合采用高強(qiáng)托盤（規(guī)格300 mm×300 mm×16 mm）護(hù)表；鄰近的錨索間用厚3 mm、長2 400 mm 的梯形鋼帶連接；錨索布置完成后預(yù)先施加150 kN 預(yù)緊力。注漿錨索超前采面前方30～50 m 布置，并對頂板進(jìn)行注漿，注漿漿液選用水泥單液漿，注漿泵使用ZBQ-28/0.5、注漿壓力控制在3～5 MPa。

在階段Ⅰ（超前采面0～50 m 范圍），按照1 200 mm、2 700 mm 間排距布置單體對頂板補(bǔ)強(qiáng)，一排布置3 根；在階段Ⅱ（超前采面50～100 m 范圍），按照1 600 mm、2 700 mm 間排距布置單體對頂板補(bǔ)強(qiáng)，一排布置2 根；在階段Ⅲ（超前采面100～150 m 范圍），按照2 700 mm 間排距布置單體對頂板補(bǔ)強(qiáng)，一排布置1 根；在階段Ⅳ（超前采面150～100 m 以外范圍），不布置單體。

2.2 超前支護(hù)效果

現(xiàn)場支護(hù)時(shí)綜合使用注漿錨索及單體支柱對超前支護(hù)段進(jìn)行支護(hù)，可充分發(fā)揮主動(dòng)支護(hù)及被動(dòng)支護(hù)優(yōu)勢，確保超前支護(hù)段圍巖穩(wěn)定。具體在超前支護(hù)段施工窺視鉆孔獲取到頂板巖性情況如圖3 所示。

圖3 超前支護(hù)段頂板不同孔深下鉆孔窺視成果

從圖3 中看出，頂板淺部巖體及孔深3.01 m 位置出現(xiàn)裂隙有所發(fā)育、有不同程度離層情況，其余位置頂板均保持穩(wěn)定。布置測站對超前支護(hù)段表層圍巖變形情況進(jìn)行監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)超前段頂板最大下沉量控制在30 mm 以內(nèi)、巷幫變形量在25 mm 以內(nèi)，基本不出現(xiàn)底鼓問題，表明通過超前支護(hù)段通過采用注漿錨索進(jìn)行支護(hù)可實(shí)現(xiàn)頂板穩(wěn)定。

3 結(jié)論

1）在3302 綜放工作面回采巷道超前支護(hù)中，通過使用注漿錨索可提高頂板穩(wěn)定性同時(shí)錨索錨固端位移頂板穩(wěn)定巖層中，可起到減少超前支護(hù)段在采動(dòng)影響下出現(xiàn)下沉量大問題；同時(shí)在支護(hù)時(shí)配合使用單體支柱強(qiáng)化支護(hù)，可避免注漿錨索支護(hù)強(qiáng)度不足或者采動(dòng)影響劇烈等因素引起的頂板冒落問題。在3302綜放工作面回采巷道通過采用主動(dòng)支護(hù)技術(shù)替代部分單體支柱，可減少超前支護(hù)工作量，降低超前支護(hù)工作強(qiáng)度；同時(shí)注漿錨索可通過機(jī)械化施工，支護(hù)效率較高。

2）注漿錨索主動(dòng)式超前支護(hù)技術(shù)具有施工工藝簡單、機(jī)械化程度高、適用性廣、回采工作面作業(yè)空間大的優(yōu)點(diǎn)。注漿錨索主動(dòng)式超前支護(hù)主要作用是阻止巷道頂板原有裂隙進(jìn)一步擴(kuò)展及連通；通過注漿加固頂板圍巖破碎區(qū)域，提高頂板承載能力。主動(dòng)式超前支護(hù)技術(shù)簡化了施工工序，提升了采面回采速度，對目前綜放工作面的安全、高效生產(chǎn)適用性更好。