煤礦工作面回采巷道支護設計

石嘉磐

(同煤集團臨汾宏大雪坪煤業有限公司，山西 臨汾 041000)

引 言

據統計表明，我國每年煤炭產量和消耗量在全球范圍內均處于前列。煤炭作為我國國民經濟發展的主要能源之一，對我國經濟的高速發展至關重要。而且，目前缺乏能夠替代煤炭角色新型能源，在未來很長的時間內經濟發展和社會需求均離不開煤炭資源[1]。因此，保證煤炭生產的效率和產量是決定經濟高速發展的關鍵指標。

影響煤炭產量及生產效率的因素眾多，主要包括煤炭綜采工作面大型機電設備的自動化程度、綜采工作面的支護效果以及采煤技術等。就綜采工作面的支護而言，錨桿支護技術較其他支護技術已經處于領先地位，而且錨桿支護技術是將來綜采工作面支護的發展方向。合理的支護設計是煤礦安全生產的前提，不僅能夠提高煤炭產量，而且還能夠保證作業人員的安全。支護設計的合理性和可行性一方面取決于支護理論的先進性，另一方面與工作面圍巖、煤層以及工作面地質、水文條件相關。本文以應用最廣泛的錨桿支護技術為研究對象，對我礦回采巷道進行支護設計。

1 綜采工作面情況概述

本文所研究綜采工作面南北方向長度為9 km，東西跨度長度為7 km，工作面合計面積為59.2 km2。該工作面為地瓦斯礦井。該工作面地標物質類型為第四系松散沉積物，所處地形相對復雜，縱橫交錯復雜，海拔處于1 050 m左右，且高度落差達328.3 m。

1.1 回采巷道煤層情況分析

該回采巷道煤層節理發育，結構復雜；8#煤上分層厚度0.55 m～1.0 m，平均0.60 m；煤層上部夾石為0.10 m～4.3 m，平均2.5 m左右頁巖。下分層煤層厚度2.40 m～3.50 m，平均2.95 m，下部夾0.2 m左右的頁巖或炭質頁巖，厚度變化不大，屬單一穩定的中厚煤層。工作面所采煤層經鑒定屬于有煤塵爆炸性，爆炸性指數為15.38%，自燃傾向性為Ⅱ級，屬自燃煤層。

1.2 回采巷道水文地質條件分析

1.2.1 回采巷道地質構造

褶曲：工作面中東部整體為一單斜構造，東高西低，局部地段發育有小型背向斜構造，煤巖層傾角3°～7°，工作面西部整體呈一盆狀構造，煤巖層傾角3°～10°，相對低點位于工作面巷道開口前3 373 m處。

斷層：據周邊8#煤資料及上覆2#煤巷揭露資料推測，該巷掘進中開口前218 m遇正斷層F8624(h=1.5 m)，對掘進有一定影響，預計掘進中還將有斷層出現。

1.2.2 地表水文地質條件分析

工作面上覆含水層為石炭系統含水層組，石灰巖局部富含裂隙水，掘進中遇地質構造、陷落柱及頂板破碎帶時會有淋水出現，局部淋水較大，對掘進有一定影響。

2 回采巷道支護分析

在對該回采巷道煤層特征、直接頂、底板特征、地質條件以及水文條件分析的基礎上，特擬定回采巷道順槽支護的思路。

1) 由于該回采巷道的直接頂主要由泥巖組成，無法為錨桿固定提供著力層，導致對回采共走面頂板的支護相對困難[3]。因此，針對直接頂的支護僅采用錨桿、錨索的聯合支護效果較差，選用強度、韌性較高的加強梁、網進行支護，以確保其適應巷道圍巖變形較大的情況。

2) 在支護中應充分發揮錨桿、錨索聯合支護方案對順槽圍巖的控制作用。為在支護過程中抑制巷道圍巖的變形所產生的位移，應采用主動安裝錨索的方式，并根據回采巷道的特征對錨桿和錨索的參數進行調整，最終盡可能地提升順槽圍巖的整體性和穩定性。

3) 支護方案的前提是對頂板冒落高度、巷道圍巖松動范圍進行充分的理論計算，將順槽圍巖的變形量保持在可控范圍之內，以保證最終巷道支護方案為最優。此外，為防止巷道圍巖發生大面積冒頂、片幫現象，在支護方案中加入噴漿的措施，以達到對巷道圍巖的封閉和穩固。

3 工作面回采巷道支護方案設計

經對該工作面煤層、水文、地質以及頂底板情況研究的基礎上，為確保工作面巷道的安全生產，采用基礎支護+強化支護的支護方案。其中，基礎巷道支護所采用的支護形式為錨桿+梁+錨索；強化支護是在基于基礎支護后對其中的核心部件錨索進行加固。除此之外，為了進一步提升綜采工作面頂板的穩定性，擬采用噴漿封閉的方案實現。

3.1 基礎支護方案

結合工作面巷道現場實際情況，采用錨桿+梁+錨固的基礎支護方式對其巷道進行預加固。經計算可知，現場共需布置14錨桿，且不同類型的錨桿所設計的錨桿參數也不同。其中，頂板錨桿的直徑為18 mm，長度為2 400 mm；而兩幫錨桿的直徑為16 mm，長度為2 000 mm。此外，還需為基礎支護方案中配置相應的支護附件(H型鋼帶、鋼筋網等)提升基礎錨桿支護的支護效果。

與基礎支護方案相關的各附件及其規格參數如表1所示。

根據工作面巷道的水文、地質以及煤層的情況，將錨桿支護中各錨桿之間的間距設定為1 000 mm，同時將錨桿的端頭采用相應的錨固方式對其進行加固。除此之外，錨桿還需采用樹脂藥卷對其進行加固，并根據不同錨桿類型選用不同種類的樹脂藥卷已達到最佳的加固效果。

表1 錨桿支護附件參數統計表

3.2 錨索加強支護方案

為確保回采巷道支護效果能夠滿足實際生產的需求，對基礎支護方案中的錨索進行加固。錨索強化后的頂部及兩幫的支護平面如圖1、圖2所示。

圖1 巷道頂部支護平面圖

圖2 巷道兩幫支護平面圖

如圖1、圖2所示，針對錨桿+H型鋼帶+網的基礎加固方案中對錨索進行強化加固，加固后錨索的間距為3 m，即每三排錨桿布置一排錨索。為了確保實際生產錨索及錨桿不易脫落，將錨索采用CK2350和2根Z2350樹脂藥卷對錨索進行過強化固定[4]。

基于長期應用經驗的積累，本方案中所采用錨索的類型為鋼絞線錨索，該錨索的相關參數如第66頁表2所示。

4 結語

綜采工作面的安全系數直接決定該工作面的產煤效率及作業人員的人身安全。在實際生產中，應嚴格按照煤礦所處地質、水文及煤層特點制定具體詳細的支護方案。同時還應結合實際生產中的經驗并結合理論分析的手段對支護環節中的某個關鍵點進行加固，以提升綜采工作面的生產的安全性，為提升綜采工作面的采煤效率奠定扎實的基礎。

表2 錨索相關參數