綜放工作面鄰空巷超前支護方式研究

張肖偉

(大同煤礦集團有限責任公司馬脊梁煤礦，山西 大同 037027)

由于綜采放頂煤工作面煤層較厚以及受到采空區的影響，開采的強烈擾動對臨空巷道頂底板以及兩幫破壞嚴重,改進超前支護方式,對于保證該區域工作人員的人身安全以及提高工作效率具有重要的意義。

1 工程概況

大同煤礦集團公司馬脊梁礦14-3#層301-2盤區8103綜放工作面北東為14-3#層盤區皮帶巷、輔運巷及回風巷，南東、南西為本礦已開采完的8101工作面，北西為實煤區,上覆為本礦侏羅系14#煤層采空區。煤柱寬30m。

8103綜放工作面走向長度2010.5m，傾斜長239.4m，煤層厚度5.10m～7.80m，傾角2～5°，煤巖類型以暗淡型為主，煤種為氣煤。工作面臨空側巷道（鄰8101工作面）5103巷為矩形斷面，巷道寬5400mm，高3400mm。

直接頂為灰黑色泥巖、砂質泥巖、高嶺巖，中夾薄煤層，平均厚度4.97m；基本頂為平均厚度3.28m的灰白色中砂巖、粗砂巖或砂礫巖。直接底為平均厚度3.17m灰黑色泥質高嶺巖，砂質泥巖細砂巖；基本底為平均厚度3.98m的灰白色中粗砂巖、砂礫巖。

8103工作面在開采過程中，5103巷道超前支護區域受到了8101采空區的影響，出現了嚴重的礦壓顯現情況，頂板下沉、底鼓、兩幫回縮等，影響了巷道的安全使用。

2 臨空巷道礦壓顯現及原因分析

2.1 臨空巷道礦壓顯現程度

8103綜放工作面在開采過程中，因開采強度大，在綜放面超前壓力和鄰面采空區頂板壓力共同作用下，5103巷超前支護范圍內出現頂板下沉、底板鼓起、兩幫回縮等現象，嚴重時大量單體柱被壓彎，柱底鉆進底板，安全出口高度最低1.2m，不僅給安全生產帶來巨大隱患，而且增加了工作強度。混凝土澆鑄的底板被頂起、折斷，車輛無法通行；超前支護人行通道底板鼓起；煤壁片幫，金屬網斷股，巷道兩幫被擠壓回縮最大可達1.0m多，尤以煤柱側幫更為嚴重；巷道頂板下沉明顯，局部區域頂板鋼帶變形、錨桿被拉斷，局部“一梁三錨”支護的錨具脫落、鋼絞線被拉斷。巷道需進行二次起底及補打錨桿、錨索，加大了維修工程量，嚴重影響了巷道的安全使用。

2.2 臨空巷道礦壓顯現原因分析

根據臨空巷道的礦壓顯現情況及地質條件分析，主要原因有以下幾點：

（1）綜放工作面回風順槽與采空工作面相鄰是主要原因之一。8103面與8101面煤柱為30m，8101面采空區上覆壓力傳遞導致8103面鄰空巷道煤壁松軟、頂板離層、巷道底鼓、片幫、頂板下沉等現象。

（2）巷道產生超前壓力影響。頂板巖石堅硬不易垮落，在工作面采空區和煤柱上形成懸臂梁結構，隨著工作面推進，頂板斷裂垮落，從而產生采動壓力，工作面出現頂板周期來壓。煤層厚度平均7.0m，采高大，超前來壓強烈。

（3）臨空巷道留頂煤掘巷，煤層層理發育，且錨桿支護沒有錨固在穩定的巖層中，在礦山壓力作用下易破壞巷道原支護，導致巷道底鼓、片幫和頂板下沉明顯。

3 鄰空巷超前支護措施

8103工作面是馬脊梁礦石炭系第二個采煤工作面,與采空面相鄰。為了工作面安全順利生產，除了采取在巷道兩幫施工卸壓孔、頂板補鋼梁打錨索等措施，還特別對臨空巷道超前支護方式及時改進，單體柱支護由原來的三排、四排增加至五排，木垛由一排增加至2排。

3.1 臨空巷原設計超前支護

5103巷超前支護采用“三梁三柱”即三根單體柱配合三根1.2m長“π”型梁進行支護，梁與巷道垂直。單體柱排距0.8m，柱距1.5m，單體柱采用DW45-250/100X型單體柱，超前支護距離為50m。超前支護剖面圖如圖1所示。

圖1 5103巷超前支護剖面圖 （單位：mm）

3.2 臨空巷初次超前補強支護方案

在8103面回采過程中，由于5103巷超前支護區域集中壓力大，導致單體支柱發生變形、底板鼓起、頂板下沉。根據現場實際情況，對超前支護區域補強支護。補強支護采用單體柱支護和木垛支護。

（1）單體柱支護。采用“四梁四柱”即四根單體柱配合四根1.2m長“π”型梁進行支護，梁與巷道走向垂直。單體柱采用DW45-250/100X型單體柱，單體柱排距從工作面幫起排距分別為1.5m、0.9m和0.9m，柱距0.8m，支護距離為50m。支護剖面圖如圖2所示。

圖2 初次補強支護采用單體柱支護剖面圖 （單位：mm）

（2）木垛支護。在5103巷煤柱側布置一排木垛，木垛間距為6m，支護距離50m。木垛方木規格為：寬×厚×長=150×150×2000mm。木垛支護示意圖如圖3所示。

圖3 初次補強支護采用木垛支護示意圖 （單位：mm）

3.3 臨空巷二次超前補強支護方案

初次超前補強支護方案對巷道的頂板下沉、底鼓起到了一定的作用，但工作面側壓力較大，行人通道高度低，人員通過困難，給安全生產帶來隱患，需再次對超前補強支護。

（1）單體柱支護。采用“五梁五柱”即五根單體柱配合五根1.2m長“π”型梁進行支護，梁與巷道走向垂直。單體柱采用DW45-250/100X型單體柱，單體柱排距0.9m，柱距0.8m，支護距離為50m。另外對超前支護區域所有“一梁三錨”的工字鋼梁加強支護，每組工字鋼梁下支1根DW45-250/100X型單體柱，單體柱支在工字梁中間。單體柱支護剖面圖如圖4所示。

圖4 二次超前補強采用單體柱支護剖面圖

（2）木垛支護。在工作面側支護一排小木垛，小木垛間距為6m，支護距離不小于50m，兩排木垛呈三花交錯布置。小木垛方木規格為：寬×厚×長=150×150×1400mm。木垛支護示意圖如圖5所示。

圖5 二次超前補強采用木垛支護示意圖

4 實施效果

通過現場觀察和實際生產證明，二次補強支護方案有效地控制了圍巖變形，鄰空巷道底鼓量、頂板下沉量、幫鼓量較之前有明顯的減小，保證了臨空巷正常使用，現14-3#層301-2盤區8103面已順利采完。實踐證明了此技術方案安全可靠，具有借鑒應用價值。