小窯破壞區復采工作面回采巷道支護技術與實踐

武建軍

摘 要：針對韓咀礦區復采工作面回采巷道頂板破壞的特點，分析了頂板冒落狀態，并結合現有的支護技術，提出了采用“分區支護”的技術方案控制不同冒落狀態下頂板的方式。通過現場實踐表明，該支護技術有效提搞了復采工作面回采巷道支護效果，較好地控制了巷道圍巖變形，可為其他地質條件類似的礦井提供借鑒。

關鍵詞：頂板；回采巷道；分區支護；圍巖變形

中圖分類號：TD823.88 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.18.118

復采是指在老采區、老工作面，由于地質、采礦、管理技術等原因造成上述地區遺留煤炭，對這些遺留煤炭重新進行開采的過程。因此，此類煤炭資源賦存條件極其復雜。往往該類回采巷道頂板存在多種冒落狀態，主要有回采巷道處于上分層遇煤柱和上分層遇采空（頂板冒落和頂板不冒落）兩種情況。單一的支護方式難以滿足該類巷道的支護，嚴重影響了復采工作面的正常推進。

本文根據韓咀煤業1202復采工作面的地質條件，通過理論分析、現場實踐，提出了采用“分區支護”的方案進行巷道圍巖控制，較好地解決了復采工作面回采巷道頂板圍巖控制的問題。

1 地質條件

韓咀礦1202首采工作面布置于一盤區南部，工作面回采巷道走向長500 m，工作面切眼長220 m。盤區內煤層傾角為2°～8°，煤層厚度5.10～7.79 m，平均厚度為6.00 m。一般含0～3層夾矸，結構簡單。頂、底板巖性多為泥巖或粉砂巖，全區煤層厚度變化不大，可穩定開采。盤區構造為走向北東，向北西傾斜的單斜構造，構造相對簡單。水文地質條件中等，涌水量較小。圖1和圖2分別是煤層柱狀圖、頂板煤巖結構。

2 頂板支護原理及對策

2.1 上分層冒落狀態分析

根據小窯破壞區域實際揭露情況，小窯回采未準確沿煤層底板巷道施工，部分巷道距離小窯破壞區煤層底板的高度達到2 m以上。這樣正常綜放工作面掘進巷道與小窯破壞區相對位置關系存在2種情況：①小窯破壞區底板距離煤層底板較遠，巷道從小窯破壞區底下穿過，巷道頂板與小窯破壞區底板有一定的距離；②小窯破壞區底板與煤層底板較近，掘進巷道直接穿過小窯破壞區。

在第一種情況下，綜放工作面巷道掘進穿越小窯破壞區時，掘進巷道主要在采空區下支護，掘進工作面可以正常施工；對于第二種情況，掘進巷道穿越小窯破壞區的情況較為復雜，需要采用多種技術確保掘進巷道安全穿越以及成巷后能滿足工作面回采的要求。

采空區掘進穿越施工可以選擇先充填處理后掘進的施工工藝，先充填處理后掘進的施工工藝總體上比較安全，且先充填可將采空區探測清楚，后掘進可避免一些不可預測的情況發生。其缺點是影響掘進施工時間，在工作面通風系統沒有形成之前，在處理其他問題時在施工空間、通風等方面會受限制。

在采空區內掘進施工分兩種情況，一種是采空區內有大量的冒落煤矸石，第二種是采空區內有少量煤矸石或沒有煤矸石，如圖3所示。

2.2 支護對策

為了保證服務期間巷道圍巖整體的穩定性，提出了以下支護原則。

2.2.1 “分區支護”原則

1202工作面回采巷道在掘進過程中會受到礦井整合前上分層煤層巷柱式開采的影響，出現上分層遇煤柱與上分層遇采空兩種情況。由于兩種情況下頂板圍巖的結構不同，因此，應根據頂板圍巖結構情況進行巷道分區支護。

2.2.2 “及時主動支護、支護結構強化”原則

巷道開挖后應及時、主動支護，控制圍巖離層、裂隙的進一步發育。考慮到巷道會受動壓的影響，且巷道圍巖已經受到采動破壞、采空區積水浸泡等作用，導致圍巖弱化、承載能力降低，需要對支護結構進行補強，使圍巖既能主動支撐，又能防止巷道變形過大。

2.2.3 “三高一低”及經濟合理性原則

在實現巷道支護系統高強度、高剛度、高可靠性的前提下，盡量降低支護密度、加快掘進速度，從而降低支護成本。在保證巷道支護效果和安全的基礎上，做到經濟合理。

2.3 巷道支護方式的選擇

根據礦井地質勘探資料可知，煤層頂板多為粉砂巖為主，裂隙不甚發育，淺部地帶具有風化裂隙。隨著采挖深度的延深，頂板狀況有所改觀，總體為穩定性差的頂板，但未出現大面積的冒頂。煤層底板以泥巖為主，礦井涌水量較小，地下水對底板的影響不大，未出現底鼓或片幫現象，屬于穩定底板。由于礦井整合之前2號煤層上分層厚度約為2.0 m的煤炭已采用巷采法被開采出，遺留下大面積的采空區和煤柱，導致1202回采巷道處于上分層遇煤柱和上分層遇采空兩種情況。

當1202回采巷道上分層遇煤柱時，由于上分層殘留煤柱與下分層煤體原屬于同一整體煤層，上分層留設的煤柱在下分層煤體上形成了高應力影響區。根據以往經驗，采用錨網索聯合支護方式可取得比較理想的支護效果。

當1202回采巷道上分層遇采空時，由于上分層開采所遺留下的采空區內部多為散狀結構，導致巷道煤層上方頂板破碎較為嚴重，錨桿支護無法將頂板煤層懸吊在堅硬巖層上，支護效果差。當頂板巖層破碎比較嚴重時，工字鋼棚架能有效地減小動壓荷載對巷道圍巖穩定的影響，從而提高支護效果。

綜上分析，針對1202回采巷道特點，決定對巷道進行分區支護，即當巷道上分層遇煤柱時，采用錨網索聯合支護方式；當巷道上分層遇采空區時，采用工字鋼支護方式；如果在圍巖破碎比較嚴重的區域，則采用局部注漿方式膠結圍巖，提高其整體性。

3 工程實踐

3.1 支護方案及參數

結合1202工作面的頂板實際情況，按照“分區支護”“及時主動支護、支護結構強化”的原則，提出以上分層煤層狀態為分區指標，以錨桿支護為基本支護，針對1202工作面巷道頂板煤層不同狀態，采用了不同的支護方式，1202巷道類型與具體支護方案如表1所示。

當巷道遇采空時，由于在原巷道斷面高度的條件下頂板煤巖層厚度減小，無法充分發揮錨桿的懸吊作用，需降低巷道高度。同時，為了保證通風需求，需擴大巷道跨度。但是由于工字鋼的抗彎剛度會隨著其跨度的增大而減小，頂梁工字鋼跨度應控制在一定的范圍之內。

為了滿足以上各要求，當巷道遇采空時，應將巷道斷面高度降低、跨度增大，并采用短錨桿支護作為基本支護，采用工字鋼梯形棚作為永久支護，采用局部預注漿方式進行補強支護。支護方案如圖5所示。

具體支護參數如下：①錨桿。頂板采用Φ22×1 500 mm左旋無縱肋螺紋鋼錨桿，回采幫采用Φ22×2 200 mm玻璃鋼錨桿，煤柱幫采用Φ22×2 200 mm左旋無縱肋螺紋鋼錨桿。錨桿間排距為800 mm×800 mm，錨桿托板采用300 mm×200 mm×80 mm木制托板。②金屬網。網片回采幫采用尼龍網，頂部及煤柱幫采用10#菱形鐵絲網（網格50×50mm）；③工字鋼棚。11#工字鋼，棚距800 mm，相鄰兩棚之間采用Φ20圓鋼拉桿連鎖加固。④技術參數。棚距允許誤差為±50 mm，每一支架之間不少于三道拉桿，拉桿的抗拉強度不低于400 MPa，巷道凈寬、凈高允許誤差為±100 mm。

注漿方案：超前鉆孔施工是從已經支護的巷道中向冒落的煤矸石中打眼的，鉆孔直徑為42 mm，綜合馬麗散材料的特性和注漿擴散半徑，設計每次注漿孔深度為3 m，注漿加固一次至少可以掘進1.5 m。注漿鉆孔布置，在巷道周圍布置注漿鉆孔5個、頂板3個、兩幫各2個，鉆孔與巷道頂板、煤幫的夾角為30°，鉆孔布置如圖6所示。

注漿材料采用馬麗散，其具有高度黏合力和較好的機械性能，與巖層可高度黏合。濃稠狀液態馬麗散材料固結性能好，與煤巖體結合后能接受比較大的彈性變形，黏結體兼具煤巖體和馬麗散的特性，很大程度上改善了頂板的整體力學性能。此外，馬麗散還具有凝固速度快、形成的固結體強度高的特點，對掘進影響時間小。

馬麗散樹脂與催化劑的配比體積為1∶1，質量比為1∶1.17.注漿壓力根據注漿情況定為5～8 MPa。施工設備采用ZBQS-8.4/12.5小型氣動注漿泵，能提供0.4～0.7 MPa的氣源。注漿量根據注漿壓力確定，施工時應嚴格控制注漿壓力。當出現大面積漏漿時，即可換孔注漿或停止注漿。

3.2 礦壓觀測

巷道頂底板和兩幫移近量隨時間變化的曲線如圖7所示。

巷道圍巖變形速度在巷道施工支護成形30 d后趨于緩慢，巷道開始趨于穩定狀態。巷道頂底板相對移近量稍大于巷道兩幫相對移近量，趨于穩定之后，頂、底板移近量比兩幫移近量多40 mm，頂底板移近量變化速率在前20 d較大，兩幫移近量變化速率在前13 d較大。巷道頂底板移近量最大值為260 mm，兩幫移近量最大值為220 mm。

頂板離層量隨時間變曲線如圖8所示。由此可見，頂板離層變化速度隨時間的變化逐漸變慢，在巷道支護成形30 d內巷道頂板離層變化速率最快，此后變化速率逐漸降低。這與巷道圍巖頂底板相對移近量的變化速度是同步的，頂板離層量最大值為18 mm。

4 結束語

通過對韓咀礦復采工作面區回采巷道支護采用“分區支護”的支護方案，支護效果得到了明顯改善。現場表面位移監測結果表明，巷道圍巖變控制在合理范圍內，有效控制了巷道圍巖變形，提高了巷道掘進速度和工效，為礦井的安全、高效生產提供了條件，基本滿足綜采面推進的要求。

參考文獻

[1]翟新獻，錢鳴高，李化敏，等.小煤礦復采煤柱塑性區特征及采準巷道支護技術[J].巖石力學與工程學報，2004，23（24）.

[2]張必應.淺談煤礦復采工作面頂板管理[J].安全與健康，2009（11）.

[3]齊光輝.小窯破壞區資源復采利用技術實踐[J].煤炭工程. 2009（09）.

[4]高石敦.井陘礦區復釆殘煤技術[J].中國煤炭，1995（03）.

[5]康小衛，張治軍.淺議殘煤的開采技術[J].江蘇煤炭，2004（03）.

[6]翟新獻，邵強，王克杰，等.復釆殘采煤層小煤礦開采技術研究[J].中國安全科學學報，2004（04）.

[7]張廷民，劉新宏.刀柱下棄置煤炭復采技術的應用[J].山西煤炭，2006（04）.

〔編輯：張思楠〕