復合頂板沿空掘巷支護技術研究與實踐

李 農 侯端明 卞景強

（兗礦集團東灘煤礦，山東省鄒城市，273512）

復合頂板沿空掘巷支護技術研究與實踐

李 農 侯端明 卞景強

（兗礦集團東灘煤礦，山東省鄒城市，273512）

針對東灘煤礦沿空巷道圍巖變形量大的情況，分析了沿空掘巷圍巖活動規律，提出了沿空掘巷圍巖控制技術與措施，對巷道支護參數進行了優化，解決了沿空巷道變形量大的技術難題，實現了整體加固巷道，達到了控制圍巖變形的目的。

沿空掘巷 復合頂板 錨網帶 支護技術

東灘煤礦隨著礦井不斷向深部開采，采場條件日趨復雜，沿空送巷、應力集中區和特殊構造帶相對增多，多個工作面巷道出現了小煤柱沿空巷道圍巖控制難題，沿空巷道回采過程中礦壓顯現非常劇烈，嚴重制約著礦井生產。多個工作面沿空軌道巷道在回采期間，工作面超前壓力影響范圍達到300～400 m，巷道兩幫移近量達到3 m以上，巷道底臌量最大達到2.5 m，嚴重影響通風、運輸、行人及工作面端頭維護和正常推進，造成巷道擴修、臥底工作量增加。針對這一現象，東灘煤礦通過優化斷面設計、調整支護參數以及采取幫部加固技術解決了沿空巷道圍巖變形量大的難題，取得了良好的效果。

1 沿空巷道圍巖變形量大的原因

東灘煤礦沿空巷道在掘進及工作面回采期間出現變形量大的原因有以下幾個方面：

（1）巷道斷面結構不具備承載高強度垂直應力的條件。錨網帶支護梯形斷面（10°扎角）在受到垂直應力條件下，兩幫圍巖易出現急劇變形向巷中移近的現象，特別是位于兩幫上部煤層中0.5 m厚的泥巖夾層，向巷中滑移嚴重。

（2）巷道斷面尺寸不具備變形空間。工作面回采期間由于受超前動壓的影響，兩幫出現嚴重圍巖變形，兩幫煤體向巷中移近量大，造成巷道斷面縮小，不能滿足正常生產所需要的空間。

（3）鄰近工作面回采形成的圍巖松動圈造成圍巖破碎、支護效果差。由于受工作面回采影響，圍巖穩定卸壓需要的周期較長，沿空掘巷給圍巖卸壓提供條件，導致圍巖松動破碎，形成較大的圍巖松動圈，進而出現圍巖水平擠壓、煤體移近現象。圍巖松動圈在動壓條件下，運動較為活躍，整體性不強，幫部樹脂錨桿錨固效果較差，不能有效地控制圍巖運動。

（4）煤層中的夾矸形成應力釋放弱面。一般而言，在巷道兩幫中上部位置，是受力最集中的區域，容易受水平應力和垂直載荷的影響而出現破壞，而兩幫中上部是3與3煤之間的厚約0.5 m的泥巖夾層，巷道布置在這個層位不盡合理，圍巖在應力集中或垂直應力作用下，選擇圍巖整體性不強、支護較弱的部位進行應力釋放，而兩幫上部夾矸部位就屬于圍巖破碎、支護效果差的應力釋放最佳部位。

2 支護參數優化及調整

本文分析了沿空巷道掘進及工作面回采期間圍巖變形的特點，通過斷面優化、支護參數調整等措施控制圍巖變形。

（1）實施大斷面，預留工作面回采時的變形空間。根據沿空巷道回采期間的變形量，為保障工作面正常回采所需要的空間進行斷面優化。將前期使用3.8 m長鋼帶支護的斷面改為使用4.8 m長鋼帶支護，給工作面回采期間受動壓影響預留出變形空間。

（2）優化斷面結構，增強巷道整體承載性能。針對以往沿空巷道回采期間兩幫煤體承載性能低，大扎角梯形斷面在兩幫上部夾矸區域易形成支護弱面的問題，將梯形斷面（10°扎角）改為微梯形斷面，沿空幫0°扎角，回采幫3°扎角。強化了兩幫的“承重墻”作用。

（3）均衡支護系統的承載，實施高阻讓壓支護。掘進期間通過提高支護系統承載性能，形成有效的初始支護強度，實現高阻讓壓約束圍巖變形，阻止圍巖出現大的破壞。

（4）幫部實施中空注漿錨索強化支護，增強圍巖穩定性。針對以往沿空巷道兩幫圍巖連同幫部錨桿整體向巷中移近的現象，在掘進工程竣工后、工作面回采前期，在回采幫部原有錨網支護的基礎上，增加注漿錨索支護，通過注漿增強圍巖松動圈的整體性，通過錨索約束圍巖的變形。

（5）增強圍巖弱面支護，創造應力釋放的自由弱面。針對應力釋放的規律，施工中采取降低巷道高度，底板留煤掘進，給應力釋放提供沒有支護的自由弱面，減小應力對頂幫圍巖及支護系統的破壞。另一方面，針對兩幫上部夾矸部位的圍巖弱化區，在夾矸中間位置分別采取打注錨桿、注漿錨索的方式進行支護，并且從頂板至夾矸以下300 mm范圍兩幫敷設雙層金屬網來約束弱化區的變形。

3 工程實例

以14310（東）軌道運輸巷為例，掘進過程中通過優化斷面結構、調整支護參數等措施，對破碎圍巖進行加固，有效控制了掘進及回采期間圍巖變形量。

3.1 14310（東）軌道運輸巷概況

14310（東）軌道運輸巷開掘位置在14309（東）帶式輸送機巷內，從原14309工作面停采線以外10 m處的巷道北幫開門掘進，與原巷道成45°夾角掘進11.2 m，然后拐正與原巷道平行向前掘進，兩巷道間隔8 m，拐正后兩巷道位置關系見圖1。

14310（東）軌道運輸巷正常掘進層位是沿3下煤層底板掘進。3下煤層厚3.4～3.55 m，煤層硬度系數f＝2～3；3上煤層厚5.4～5.5 m，f＝2～3；3上煤層與3下煤層夾矸為灰黑色泥巖，厚0.55～1.05 m，f＝3～4；3上煤層直接頂為灰色粉砂巖，厚1.8～2.3 m，f＝4～5；3下煤層直接底為灰色細砂巖，厚4.5～5.9 m，f＝6～7。

圖1 兩相鄰巷道位置關系圖

3.2 斷面優化及支護參數調整

巷道頂板沿3上煤與3下煤夾矸的上平面掘進，巷道高度3.5m，底板留底煤掘進。巷道斷面支護參數見圖2，永久支護采用錨網帶、錨索聯合支護，支護排距800 mm，微梯形斷面，實體煤幫側扎角3°，沿空幫側扎角0°，巷道上部凈寬4800 mm，中部凈寬4900 mm，凈高3500 mm。

頂部使用長度4800 mm、七組孔的梯型鋼帶，布置7根KMG500型?22 mm×2400 mm的左旋無縱筋高強度螺紋鋼錨桿，采用樹脂錨固劑全長錨固，距巷中左右750 mm各布置1排?22 mm×8500 mm的錨索，錨索排距1600 mm。

兩幫每排各布置5根KMG400型?20 mm×1800 mm的全螺紋鋼錨桿。

頂、幫分別敷設8＃鍍鋅鐵絲編織的菱形網，巷道兩幫從頂板至夾矸下平面300 mm范圍敷設雙層金屬網。

在錨桿、錨索上分別安裝讓壓均壓管，讓壓均壓管根據錨桿、錨索的承載力學參數設定讓壓點，實施高阻讓壓、均壓支護。錨桿讓壓均壓管的讓壓點為15～20 t，錨索讓壓均壓管的讓壓點為25～30 t，錨桿最大讓壓距離30 mm，錨索最大讓壓距離45 mm。在錨桿、錨索承受瞬間煤爆沖擊時實現讓壓、均壓，通過讓壓管受力變形來確保錨桿、錨索不破斷。

圖2 14310巷道斷面支護布置參數

工作面回采前，在回采側幫部正常支護的相鄰兩排錨桿中間按1.6 m排距間隔布置中空注漿錨索，錨索直徑22 mm，壓注普通425＃硅酸鹽水泥漿，錨索上下間距1.05 m。頂板向下300 mm位置（夾矸中間位置）與水平成35°仰角打注第一根注漿錨索，規格為?22 mm×5000 mm，頂板向下1.35 m位置垂直煤壁打注第二根注漿錨索，規格為?22 mm×8500 mm，注漿錨索只在實體煤回采側幫部打注。

3.3 礦壓觀測資料

14310綜放工作面軌道運輸巷（沿空巷道）在工作面回采期間通過布設多組表面位移點觀測，回采側幫部最大移近量740 mm，最小移近量279 mm；兩幫累計最大移近量為1790 mm，最小移近量為1027 mm；頂底板最大移近量為870 mm，最小移近量為430 mm。由此可見，采取巷道支護優化措施后，有效控制了沿空巷道圍巖變形，不僅保障了工作面回采期間用于通風、行人的有效斷面，而且為巷道超前支護支架的使用提供了條件。

4 結論

通過采用針對性的沿空掘巷圍巖控制技術對14310（東）工作面軌道運輸巷進行圍巖加固，有效控制了圍巖變形，減少了巷道擴刷、加固的工作量，保證了巷道正常使用。同時還確保了工作面回采期間正常生產斷面需要，為工作面回采期間使用巷道支架超前支護提供了空間，提高了安全指數。

［1］ 李學華.綜放沿空掘巷圍巖大小結構穩定性的研究［D］.徐州：中國礦業大學，2000

［2］ 張農，高明仕.煤巷高強預應力錨桿支護技術與應用［J］.中國礦業大學學報，2004（5）

［3］ 謝廣祥等.綜放沿空掘巷礦壓顯現規律及支護參數優化［J］.礦山壓力與頂板管理，2005（4）

［4］ 雷春云.厚煤層沿空掘巷圍巖變形控制技術［J］.礦山壓力與頂板管理，2005（4）

Research and practice of gob－side entry driving support technology for combined roof

Li Nong，Hou Duanming，Bian Jingqiang
（Dongtan Coal Mine，Yankuang Group Co.，Ltd.，Zoucheng，Shandong 273512，China）

According to the large deformation of the gob－side entry driving and surrounding rock in Dong tan coal mine，by analysed the activity patterns of the rock along gob，and put out the control technology and measures of the rock along goaf，and by optimize the roadway parameters，solved the gob－side entry driving deformation problems and achieved the overall roadway reinforcement，and realized the purpose of rock deformation control.

gob－side entry driving，composite roof，anchor nets，support technology

TD824.1

A

李農（1968－），男，大學學歷，1989年7月參加工作，現任兗礦集團東灘煤礦生產技術科副科長，一直從事煤礦生產技術管理工作。

（責任編輯 張毅玲）