2北206 工作面沿空留巷圍巖控制技術研究及應用

魏 建 馬 濤

（棗莊大興礦業有限責任公司，山東 棗莊 277000）

留窄煤柱沿空掘巷技術具有煤炭回采率高、可緩解工作面采掘接替緊張和有效控制巷道圍巖變形等優點，近年來該技術在我國各大礦區的應用日益廣泛[1-4]。韓海洋基于巷道不同地段地質構造條件對支護方案進行針對性調整，解決了東周窯礦5105回風巷小煤柱沿空掘巷支護難題[5]。關俊紅對紅山煤業膠順留小煤柱沿空掘巷過程中不同區段圍巖結構及變形進行分析，提出了分階段支護方案[6]。上述研究推動了留窄煤柱沿空掘巷技術的發展和應用。但是，沿空掘巷巷道受鄰近工作面回采和本工作面回采巷道掘進等多重采動影響，巷道圍巖條件復雜，對其圍巖控制應根據具體工程地質條件進行研究和分析[7-8]。該論文以大興礦業2北206 運輸巷為研究背景，通過對巷道過采空區時圍巖結構及變形特征的分析，提出了分階段針對性支護方案，有效控制了巷道圍巖變形，為類似工程條件工作面巷道圍巖控制提供了借鑒。

1 工程概況

大興礦業現主采2#煤層，煤層均厚4.0 m，平均傾角22°，煤層結構簡單，賦存穩定。2#煤直接頂為泥巖，均厚2.5 m；基本頂為中砂巖，均厚30.9 m；直接底為泥巖，均厚7.1 m；基本底為細砂巖，均厚2.4 m。2北206 工作面位于北翼采區，埋深約575.1～694.8 m，工作面西部為F3 斷層，北部為2北202 采空區，東部和南部為實體煤區。2北206 運輸巷沿2#煤頂板掘進，采用錨網索帶支護，巷道為矩形斷面，尺寸為3400 mm×2600 mm（寬×高）。巷道自切眼掘進231 m 后將揭露2北202 采空區，巷道圍巖破碎，施工難度大。為提高巷道掘進效率、縮短巷道施工周期和提高煤炭資源回采率，決定在2北206 運輸巷揭露2北202 采空區期間采用留窄煤柱沿空掘巷技術施工。2北206 工作面布置情況如圖1。

圖1 工作面平面布置示意圖

2 巷道圍巖結構及變形特征分析

2北206 運輸巷在揭露2北202 采空區期間采用留窄煤柱沿空掘巷技術施工，與2北202 采空區間留設6 m 寬的護巷窄煤柱。2北202 工作面采動影響導致工作面側向煤體完整性降低、破碎程度增大。巷道沿空掘進期間，護巷窄煤柱側煤體裂隙發育，完整性差，煤柱承載能力較弱。基于2北202 工作面回采巷道施工經驗知，巷道在揭露2北202 采空區之前，巷道圍巖變形量較小，穩定性較好。但是，巷道在揭露2北202 采空區后，在鄰近工作面采動應力和2北206 運輸巷掘進應力雙重作用下，巷道圍巖裂隙將進一步發育、擴展，巷道圍巖完整性嚴重劣化，煤柱承載能力嚴重受損而極易發生冒頂、片幫事故[3-4]，嚴重影響巷道正常施工和工作面的安全高效生產，是巷道支護時的重點區域[6-8]。

3 巷道支護設計

3.1 正常段支護方案

基于2北206 運輸巷在揭露2北202 采空區前巷道圍巖結構及完整性較好的特點，同時參考2北202工作面回采巷道支護經驗，對該區段巷道采用“錨網帶”支護方式進行支護。支護斷面圖如圖2，具體參數如下：

圖2 正常區域巷道支護斷面圖

（1）頂板支護。頂板采用Ф20 mm×2200 mm的左旋螺紋鋼錨桿，間排距為1100 mm×1000 mm，每排4 根錨桿，兩肩窩錨桿分別距巷幫100 mm 并與豎直方向呈15°角布置，中間兩根錨桿垂直頂板布置。每根頂板錨桿配合使用CK2350 和CK2370 樹脂錨固劑各1 卷，錨固力不低于120 kN，預緊力不低于220 N·m。托盤采用150 mm×150 mm×10mm正方形碗狀鋼托盤，金屬網采用10#鐵絲編織而成的長3000 mm、寬900 mm 的菱形金屬網，采用GD Ⅱ T 140/20 Q/YZK 030 鋼帶。

（2）兩幫支護。巷幫采用Ф18 mm×2000 mm左旋螺紋鋼錨桿，間排距1200 mm×1000 mm，每排3 根錨桿，均垂直巷幫布置，上、下兩根錨桿分別距頂、底板100 mm。每根幫錨桿配合使用1卷CK2370 樹脂錨固劑，錨固力不低于100 kN，預緊力不低于180 N·m。托盤采用100 mm×100 mm×10 mm 正方形碗狀鋼托盤。

3.2 過采空區段支護方案

針對2北206 運輸巷在揭露2北202 采空區期間巷道圍巖結構劣化、完整性差及煤柱幫變形量大于實體煤幫等特點，在正常區域支護方案的基礎上提出“錨網索帶+槽鋼梁+縮小錨桿間排距”加強支護方案，如圖3，具體支護參數如下：

圖3 加強支護段巷道支護斷面圖

（1）頂板支護。頂板采用Ф20 mm×2200 mm的左旋螺紋鋼錨桿，間排距為1100 mm×800 mm，每排4 根錨桿，兩肩窩錨桿分別距巷幫100 mm 并與豎直方向呈15°角布置，中間兩根錨桿垂直頂板布置。每根頂板錨桿配合使用CK2350 和CK2370樹脂錨固劑各1 卷，錨固力不低于120 kN，預緊力不低于220 N·m。托盤采用150 mm×150 mm×10mm 正方形碗狀鋼托盤，金屬網采用10#鐵絲編織而成的長3000 mm、寬900 mm 的菱形金屬網，采用GD Ⅱ T 140/20 Q/YZK 030 鋼帶。錨索采用Ф21.6 mm×6000 mm 的1×7 股高強度低松弛預應力鋼絞線，“二0 二”布置，間排距2400 mm×2000 mm，每根錨索配合使用2 卷CK2370和1 卷CK2350 樹脂錨固劑，錨索初始張拉至200 kN。錨索托盤采用300 mm×300 mm×14 mm 高強度方形帶拱托盤，配調心球墊。采用16#槽鋼，長度2600 mm，與兩根錨索組合成槽鋼梁。

（2）兩幫支護。實體煤側巷幫采用規格為Ф18 mm×2000 mm 的左旋螺紋鋼錨桿，間排距為1200 mm×800 mm，每排3 根錨桿；煤柱側巷幫采用Ф18 mm×2000 mm 的左旋螺紋鋼錨桿，間排距800 mm×800 mm，每排4 根錨桿。所有幫錨桿均垂直巷幫布置，上、下錨桿分別距頂、底板100 mm。每根幫錨桿配合使用1 卷CK2370 樹脂錨固劑，錨固力不低于100 kN，預緊力不低于180 N·m。托盤采用100 mm×100 mm×10mm 正方形碗狀鋼托盤。

4 巷道圍巖變形觀測及分析

為了分析所提支護方案對巷道圍巖的控制效果，在2北206 運輸巷內布置測站，采用“十字布點法”對巷道圍巖表面位移量進行觀測和記錄。分別選擇正常段和過2北202 采空區段的1 組觀測數據進行分析，不同區域巷道表面位移量如圖4。

圖4 不同區段巷道表面位移量

由圖4 可知，在正常區段和過采空區段，巷道兩幫移近量均顯著大于頂底板移近量，且均在距迎頭50 m 范圍內呈先快速增大，在距迎頭50～100 m范圍內趨于穩定的變化趨勢。在正常區段，巷道兩幫最大移近量和頂底板最大移近量分別為100.81 mm 和31.06 mm；在過采空區段時，巷道兩幫最大移近量和頂底板最大移近量分別為121.08 mm 和44.83 mm。由此可見，對正常區段巷道采用“錨網帶”支護和對過采空區段巷道采用“錨網索帶+槽鋼梁+縮小錨桿間排距”加強支護可有效控制2北206 運輸巷圍巖變形。

5 結語

基于對2北206 運輸巷留窄煤柱沿空掘巷巷道圍巖結構及變形特征的分析，并結合2北202 工作面回采巷道支護經驗，提出在正常區段采用“錨網帶”支護方案，在過2北202 采空區段采用“錨網索帶+槽鋼梁+縮小錨桿間排距”加強支護方案。現場實測結果表明，針對巷道不同區段圍巖特征采用不同的針對性支護方案后，巷道兩幫和頂底板最大移近量分別121.08 mm 和44.83 mm，有效控制了巷道圍巖變形。