高檔普采工作面沿空留巷支護方案優化

韓海軍

（山西霍寶干河煤礦有限公司，山西 臨汾 041602）

干河煤礦1-203工作面沿空留巷原支護方案對頂板控制效果較差，超前、滯后礦壓顯現較為明顯，巷道返修率較高，影響工程進展，因此需要對現有的支護方式進行優化。

1 工作面概況

1-203工作面煤層平均厚度1.9m，局部含有夾矸厚度約為0.08m。煤層直接頂為深灰色的泥質粉砂巖，平均厚度約為0.55m；基本頂為深灰色粉砂巖，厚度約為3.27m；直接底板為深灰色的泥質粉砂巖，平均厚度約為2.19m；基本底為層狀灰色粉砂巖，厚度為3.58m。在工作面推進過程中共揭露2條斷層，均已作開切眼跳過斷層開采，因此，斷層不會對工作面回采造成影響。工作面采用走向長壁布置的方式，普通機械化采煤工藝，單體液壓支柱支護頂板，工作面采用4～6排支柱控頂，支柱間、排距均為0.8m，最大控頂距為4.85m，最小控頂距為3.25m。

2 原有巷道支護方案

2.1 回采巷道原支護方案

1-203工作面回采巷道在掘進期間采用錨索與樹脂錨桿聯合支護。錨桿的間排距均為800mm，錨桿直徑為16mm，長度為2000mm；沿頂板中線布設單排錨索，錨索的間距約為8m，錨索直徑為18.5mm，長度為6500mm。在錨桿端部串聯廢舊的鋼絲繩，防止頂板大塊碎石破碎后掉落。為減少矸石采出率，沿空留巷支護將矸石碼放在采空區一側，支護長度3m，沿巷道上側邊緣碼放兩層中粒砂巖的板塊石，如圖（1）所示。1-203工作面回風巷和運輸巷采用超前支護方式進行支護，支護材料使用11#工字鋼架設梯形棚，工字鋼間距1.2m，超前支護長度不小于20m。

2.2 原支護方案存在的問題

（1）從整體來看巷道支護整體性較差。對于巷道錨桿、錨索的支護，隨著頂板巖石的下沉，錨桿、索托盤處出現應力集中而發生破斷現象，從而導致支護失效。鋼絲繩串聯在錨桿之間，由于在串聯時無法施加預緊力，鋼絲繩只能限制較大巖塊回轉下沉，且限制程度有限，同時鋼絲繩無法對較小巖塊起到像大塊巖石一樣的“網兜”作用，因此小巖塊破碎后直接掉落易發生頂板事故。錨桿、錨索支護主要是針對進入塑性大變形的巷道圍巖表層，限制其不協調變形進而實現支護一體化、載荷均勻化，當錨桿、索支護失效后且沒有金屬網的條件下，破碎的頂板巖體將會導致巷道整體失穩破壞，造成重大安全事故。

圖1 巷內及巷旁支護示意圖

（2）巷旁支護強度和剛度不能更好的耦合。巷旁支護材料可變性能較強，在巷道支護初期不能提供有效的支護阻力，隨著頂板巖石的下沉，巷旁支護壓力加大，矸石被擠出或者達到支護強度極限，從而失去承載能力。由于矸石為散體材料，無膠結物固結成型，因此，在沒有圍壓的作用時很容易發生片落、擠出，這種現象會逐漸向支護深部發展，直至整個支護體的失穩破壞。

3 沿空留巷支護方案優化

3.1 巷內補強支護

工業性試驗前期，在1-230工作面運輸巷實驗段對巷道進行補強支護。在工作面超前150m范圍補打雙排錨索，錨索與豎直方向分別呈25°、5°夾角，距離巷道兩幫600mm，如圖（2）所示。此外，采用長度為2.2m的24#槽鋼串聯兩根錨桿，為防止頂板破碎后掉落砸傷人員，將原有的鋼絲繩更換為金屬網。

3.2 工作面超前及滯后支護

試驗段工作面的超前支護采用聯合支護方式。在超前工作面煤壁0～20m范圍內采用11#工字鋼架設棚子支架，支架間距不大于0.9m，并增加雙排單體液壓支柱和金屬網；在滯后段后方10m的范圍內采用工字鋼和雙排單體液壓支柱聯合支護，在滯后10～20m范圍內采用單排點柱支護，如圖（3）所示。

3.3 巷旁錨固矸石袋

當1-203工作面控頂距達到4.85m時，開始進行運輸巷的巷旁支護。由于采用4～6排單體支柱進行控頂，此時工作面下方有6排單體柱，上方有4排單體柱。為提供巷旁支護施工人員作業空間，防止采空區矸石落入施工區域，保證施工安全，在采空區邊緣設置密集點柱，柱間距0.2m，如圖4（a）所示。在密集點柱設置完成后，開始進行巷旁錨固矸石袋支護，將矸石袋碼放在指定區域，逐排回撤已留設支護體前方點柱，即圖4（a）中虛線區域。矸石袋擺放長度3m（沿煤層傾向方向），如圖4（b）所示。走向間隔4.8m留設0.4～0.5m的瓦斯泄放道，用于采空區瓦斯排放，如圖4（c）所示，瓦斯泄放道在工作面推進方向上最多不能超過兩個。瓦斯泄放道封堵時，需用袋裝矸石填塞，填塞矸石袋與原有矸石袋壓茬堆疊，并用黃泥溝縫，防止采空區瓦斯通過矸石袋之間的縫隙外溢。

圖2 巷內補強示意圖

圖3 超前及滯后支護

圖4 巷旁錨固矸石袋支護示意圖

4 礦壓觀測

為驗證沿空留巷支護方案優化效果，對試驗段巷道進行巷道圍巖表面位移量觀測，評估所采用的巷道支護形式和支護參數是否合理以及支護結構的可靠程度。試驗段巷道圍巖觀測共計設置三個測站，分別距離工作面30m、70m和90m。觀測曲線如圖5所示。

圖5 巷道圍巖移進量變化曲線

根據圖5可以看出，隨著距離工作面長度的增加，巷道頂底板移近量、兩幫移近量均有所增加，但增加速率漸漸減小。對比測站之間的巷道頂底板、兩幫移近量的大小可知：測站1的頂底板、兩幫移近量大于測站2的頂底板、兩幫移近量，大于測站3的頂底板、兩幫移近量。說明隨著試驗巷道長度的增加，該支護方案對巷道圍巖控制效果越來越好，說明支護方案優化是合理的。

5 結論

通過對干河煤礦1-203工作面沿空留巷支護現狀分析，采用巷道頂板補強、優化工作面超前、滯后支護方式及改變矸石袋擺放方式等具體措施，優化原有支護方案。工程實踐表明：隨著測點距工作面長度的增加，巷道圍巖變形量逐漸增大后趨于平緩，巷道圍巖變形量的最大值均在合理的范圍內，說明優化后的支護方案對巷道圍巖控制的整體性較強，充分說明了支護方案優化的合理性及有效性。