煤礦回采巷道支護工藝優化的成功應用

朱永樂

神華神東煤炭集團開拓準備中心生產辦

在2013年，S1煤礦礦井核定生產能力180萬噸/年。該煤礦井田地處西南部，井田傾斜寬度為3.2km，走向長為4.1km，總面積約為13.4km。根據測量顯示，當前該煤礦開采深度約為620mm左右，由于該煤礦開采區的地理環境較惡劣，容易發生地質地質災害事故，這就給煤礦回采的安全生產帶來了嚴峻的挑戰，尤其是支護問題[1]。因此，加強煤礦回采巷道支護工藝的優化是當前煤礦企業急需解決的問題，不斷進行巷道支護優化，以保證整個礦井生產活動的順利進行。

一、S1煤礦回采巷道設計及支護現狀分析

為了確保煤礦回采巷道設計的比較科學、合理，一般在煤巷內布置三條主巷，而在煤礦工作面主要布置切眼、相關橫川、運順、回順、高抽巷及灌漿巷等，其中，運順和回順主要沿著煤層底板進行布置；高抽巷主要是布置在煤層頂板上14m左右的巖層中；灌漿巷主要沿著煤層頂板進行布置；而切眼、相關橫川沿著煤層中部布置。該煤礦主采煤層所布置的工作面傾向寬度為140mm，走向在1300m～1800m之間。根據回采的巷道的服務年限及儲量的不同回采時間，對于該煤礦回采巷道的支護設計，通常選擇錨網索支護的形式進行支護設計，其參數有：選擇螺紋鋼錨桿和菱形鐵絲網，其規格分別為φ20×2250mm,1×10m；頂板設置兩根一組，規格為φ 15.3×6000mm強力鋼絞線的錨索，托梁為4m長的12#槽鋼[2]。在煤礦回采期間，由于工作面的采動容易造成巷道支護的破壞，并且在回采過程中都需要對工作面的巷道進行擴巷維修，同時巷道的架棚也需要加強支護。

然而，在灌漿巷布置中，也遇到了支護難題。即在回采巷道中工作面的灌漿布置需要與同一個工作面的回顧之間留設25m的煤柱，與上一個工作面的采空區之間留設35m的煤柱，由于灌漿巷主要沿著煤層頂板布置，其層位布置較高，給煤層帶來了一定的壓力，這就要求在工作面回采過程中需要對巷道全部進行擴巷維修[3]。因此，針對煤礦回采巷道中所遇到的支護難題，加強支護工藝優化是非常有必要的，若反復進行巷道維修，不僅破壞了圍巖的穩定性，也降低了巷道的設計厚度，長期以往，則可能發生微漏風的現象。所以，對于S1煤礦的煤礦回采，其主要通過支護材料的質量來控制巷道的失修。這樣的支護方式雖然可以達到良好的支護效果，但成本較高，該煤礦就嘗試進行巷道支護工藝的優化。

二、煤礦回采巷道支護優化

針對灌漿巷支護工藝的優化，其主要目的是在不增加成本的前提下來改善灌漿巷的支護情況。通過反復論證，得出灌漿巷支護工藝方案為[4]：

1、選擇規格的支護材料，如錨桿、網采、錨索等，錨桿規格為φ 20×2250mm的螺紋鋼錨桿，網采規格為1×10m的菱形鐵絲網；在頂板每盤布置兩根一組的三組組合錨索，其規格為φ15.3×6000mm的強力鋼絞線，托梁為4m長的12#槽鋼。

2、巷道布置方式的調整，通過增加頂角錨桿來有效解決巷道拱間容易造成破壞、變形的問題，尤其是巷道的圍巖。為了有效控制巷道幫臌現象的發生，可以在巷道兩幫布置一組排距為1.4m，錨索托梁與水平面之間夾角為50度的錨索。在每排錨桿之間增加規格為50×200×420木托板的底角錨桿，這樣不僅可以增加巷道的支護表面積，也可以減少底角巷體壓酥破壞強度。另外，為了提高巷道的支護強度，通過增加頂底角錨桿來解決巷道底角支護的難題，增加布置的頂底角錨桿與原來布置的頂底角錨桿的間距為0.5m，通過形成巷道的密集支護區，其可以達到良好的支護效果。

三、應用實例

S1煤礦回采巷道的支護工藝優化，隨著采煤工作的推進，巷道壓力較為明顯，導致巷道支架出現鋼梁壓彎、垮落、直接傾倒等現象，因此，對巷道路支護進行優化具有十分重要的意義。首先需要確定煤礦回采的實施地點，在新開工掘進的214灌漿巷做巷道支護工藝優化的試點，其走向全長2000m，該試點與上一工作面的空采取留設35m煤柱，與同一工作面留設25m煤柱，巷道沿煤層頂板布置。其中，巷道斷面為梯形，上、下寬分別為2.4m、3.6m，高為2.1m，如圖1所示[5]。

圖1 巷道梯形斷面圖

分析工作面的地質特點，第一，在地質構造上，其為樺樹渠背斜，對煤層厚度的設計具有一定影響，由于樺樹渠背斜煤層傾角范圍較大，其東部煤層傾角為4～60，中部為9～120，西部為5～70，這就導致工作面局部可能造成小型斷裂構造；第二，分析煤層賦存情況，該巷道主要沿著走向煤層方向，其厚度變化較多，從東至西呈現煤層厚度變薄的趨勢，工作面平均煤層厚度為13.40m，由于該煤層含夾矸2～5層，結構較復雜，因此該工作面煤層中的劣質煤較多，平均厚度為1.31m；第三，煤層頂底板，直接頂板為炭質泥巖、泥巖膠結，斜層理、較松散，容易破碎，平均厚度為12.2m，其下為根土巖，灰褐色泥巖，花斑泥巖，灰褐色泥巖容易破碎，其平均厚度為4.1m，而花斑泥巖為灰紫色，含鋁質，平均厚度為4.6m。

分析該煤礦回采巷道支護工藝優化的實施情況及經濟比較。與214灌漿巷施工前相比，通過對214灌漿巷的支護設計參數進行優化，在優化過程中，均未對巷道支護造成破壞。對于該煤礦回采巷道的施工，施工前，對施工隊伍進行集中培訓，只有確保施工隊伍的綜合素質得到了提升，才能保證施工人員嚴格按照設計意圖施工，才能保證煤礦回采巷道支護的施工質量。在回采期間，由于該煤礦回采巷道的巷道壓力較明顯，巷道局部出現幫臌、頂板下沉的現象，因此，為了有效解決此類問題，通過對架棚進行加固維護后，在不增加支護成本的前提下，以確保了巷道支護的安全性。該煤礦回采工程主要采用“圍巖-支護結構”的支護方式，即利用錨桿支護，采用這樣的支護方式不僅可以充分發揮巖體的自身承載力，也可以充分調動支護結構的抗力。據資料統計，該煤礦工程原灌漿巷每年的支護成本為1900元/m，人工機械費用為2450元/m，通過對該煤礦回采巷道進行優化后，初次投入的支護成本為2610元/m，在煤礦回采結束前，該巷道維修成本節約了3662元/m，通過計算得出，該煤礦回采支護工藝優化共節約了732.4萬元[6]。總的來說，該煤礦回采巷道支護工藝的優化是比較成功的。

針對該煤礦回采巷道支護工藝優化方案，既有效降低了二次維修成本，也降低了因煤礦回采巷道反復維修所造成的圍堰破壞而嚴重影響到煤柱的穩定性和可靠性。在回采巷道支護優化中，通過對214灌漿巷進行支護工藝優化所取得成功的應用，為今后煤礦回采巷道的支護工藝優化提供了一個新思路。面向社會發展對煤礦井下安全性的要求，在支護工藝變革中，煤礦回采巷道支護工藝優化的成功應用在未來將得到成功的推廣應用，具有良好的經濟價值。

結束語：

在煤礦生產中，煤礦回采巷道的支護設計是非常重要的，為了避免因巷道支護設計不到位而影響整合礦井的煤礦生產，就必須針對當前回采巷道支護出現的問題來加強支護優化，采用“圍巖—支護結構”的支護方式，以保證煤礦井下安全生產。

[1]劉昌龍,胡秦濤,李文庭.下石節煤礦回采巷道支護工藝優化的成功應用[J].價值工程,2014,05:44-45.

[2]檀遠遠.復雜構造帶回采巷道松動圈確定與支護對策研究[D].安徽理工大學,2009.

[3]陳為高.石溝驛煤礦回采巷道支護技術研究[D].西安科技大學,2012.

[4]李景濤.東榮二礦回采巷道破碎圍巖錨注支護技術研究[D].遼寧工程技術大學,2012.

[5]葛春貴.回采巷道支護設計決策系統的設計與實現[J].安徽科技,2009,03:51-53.

[6]杜強.柿花田煤礦“三軟”不穩定煤層回采巷道支護技術研究[D].西安科技大學,2013.