綜采工作面沿空送巷支護設計與實踐應用

田學春

（棗莊市金莊生建煤礦，山東 滕州 277522）

1 工程概況

金莊煤礦3209 綜采工作面開采3 煤，煤層厚度為3.0～8.5 m，平均厚度為3.6 m，傾角為10°～28°，平均傾角為26°。3209 工作面內分布落差2～5 m 不等的斷層構造，3209 軌道巷沿空送巷與3207 采空區設計凈煤柱4.5 m。煤層頂板多為砂質泥巖，底板為砂質泥巖。3209 軌道巷沿空掘巷設計凈高3800 mm，上凈寬4800 mm，下凈寬5200 mm。巷道埋藏深度659～706 m，屬高應力復雜條件巷道，采掘期間受動壓影響極易產生大變形。掘進一個月內圍巖移近量900～1600 mm 不等，出現頂板下沉、支護失效、形成網兜等礦壓顯現，巷道不同程度被破壞。工作面位置如圖1。

圖1 3209 工作面平面位置示意圖

2 沿空送巷礦壓顯現分析

（1）沿空送巷頂板砂質泥巖性質變差。3209軌道巷煤層頂板為平均4.5 m 厚度的砂質泥巖，直接底為4 m 厚的泥巖，如圖2。經歷相鄰采空區劇烈采動影響后，采空區邊緣的煤柱處于松散破碎狀態，頂板圍巖控制維護難度較大。

圖2 3209 工作面煤層頂底板柱狀圖

（2）沿空送巷兩幫煤體穩定性較弱。煤柱區域實體煤在復雜應力場作用下，需要承載垂直載荷作用和上覆巖層大結構彎曲變形過程中水平擠壓力，局部煤體就會失穩破碎[1]。

（3）沿空送巷現有支護體系強度偏弱。3209軌道巷采用錨網索帶聯合支護，W 型鋼帶配合規格Φ20 mm×2000 mm 錨桿支護，間排距900 mm×900 mm，頂板施工雙排Φ17.8 mm×5000 mm 錨索，間排距1800 mm×1800 mm，支護頂板強度不夠。

3 掘進和回采支護設計

3.1 掘進支護設計

頂部：采用Φ22 mm×2400 mm 的KMG500 左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，每排6 棵，間距850 mm，凈高3800 mm，上凈寬4800 mm，下凈寬5200 mm，配合使用厚10 mm、寬140 mm、4800 mm 長的梯形鋼帶。

幫部：實體煤段采用規格Φ22 mm×2500 mm的KMG500 左旋無縱筋全螺紋錨桿，沿空段采用Φ22 mm×3000 mm 的KMG500 左旋無縱筋全螺紋錨桿。每幫5 棵錨桿，間距800 mm，配合使用規格150 mm×150 mm×10 mm 碟形托盤及厚10 mm、寬140 mm 的梯形鋼帶，如圖3。

圖3 3209 軌道巷掘進支護斷面示意圖

頂部錨索：與18#B 槽鋼配合使用形成錨索梁，每根錨索梁施工3 根錨索，槽鋼長3.4 m，排距1.6 m。

幫部錨索：與18#B 槽鋼配合使用形成錨索梁，每根錨索梁施工3 根錨索，槽鋼錨索梁長3.0 m，排距1.6 m。

煤實體側：上部選用規格Φ22 mm×8000 mm錨索，按40°向頂板傾斜施工，中部選用規格為Φ22 mm×6200 mm 錨索，按5°向上傾斜施工，下部選用Φ22 mm×6200 mm 錨索，按30°向底板傾斜施工。

煤沿空側：上部錨索選用Φ22 mm×8000 mm錨索，按40°向頂板傾斜施工；中部選用Φ22 mm×3500 mm 錨索，按5°向上傾斜施工；下部選用Φ22 mm×6200 mm 錨索，按30°向底板傾斜施工。3209 軌道巷頂板和幫部掘進支護示意圖如圖4。

圖4 3209 軌道巷頂板和幫部掘進支護示意圖

3.2 支護強度驗算

頂板支護從安全可靠角度出發，理論驗算時必須驗算3209 軌道巷最大支護強度，頂板最大可能冒落高度下每米巷道的巖石重量為[3]：

式中：B為巷道寬度，B=5.4 m；h為頂板的最大可能冒落高度，取9 m；y為巖石容重，結合3下煤層頂板實際情況，y=25 kN/m3。

為保證支護的有效性，理論驗算時暫時不考慮頂板錨桿及其他輔助支護，則每米巷道錨索的支護力為：

式中：N為每排（控頂距0.8 m）安裝的錨索數量，N=7；P為Φ21.6 mm 鋼絞線錨索的最大錨固力，p=350 kN；η為錨索破斷力利用系數，η=0.8；s為排距，s=0.8 m。

掘進過程中若不考慮錨桿的懸吊力，全部頂板外載由錨索單獨承擔，錨索懸吊支護的安全系數為

經過驗算，3209 軌道巷采用錨網索帶聯合支護，能夠滿足支護要求?？紤]到該區域大部有斷層破碎帶，為確保安全，巷道超前增加支撐式支護。

3.3 回采超前支護設計

工作面回采前，提前在超前支護段范圍以外敷設金屬網，然后施工傾向29U 型鋼錨索梁，間距1.0±0.1 m。為防止順槽支架距離煤壁太近被壓死，自煤壁向外約5～15 m 范圍內，在29U 型鋼錨索梁下支設單體液壓支柱支護頂板，每排不少于一梁三柱。

單體液壓支柱向外采用雙排ZD2500/18/42 框架連鎖履帶超前液壓支架支護頂板，距離約60 m。順槽支架以外在錨索29U 型鋼下安裝一排墩柱式液壓支架[4]，使沿空巷道總支護距離不少于120 m，如圖5。

圖5 3209 軌道巷超前支護示意圖

4 效果檢驗

在施工U 型鋼梁巷道區域，巷道圍巖變形量明顯較小，其中超前支承應力影響范圍內，在距離煤壁10～20 m 距離時，圍巖兩幫移進量最大值僅為456 mm。經過優化掘進支護斷面和加強頂板支護后，巷道圍巖移近量明顯減少。現場勘查，巷道破壞程度顯著降低，圍巖移近量小于500 mm，具體見表1。

表1 3209 軌道巷1 號測點圍巖變形統計表

5 結語

沿空送巷掘進時，充分考慮到采動影響范圍大、圍巖性質裂隙以及煤柱穩定性差等因素，提出了頂板以高預應力錨索配合錨桿、鋼帶、鋼筋網支護，實體幫部采用錨網索帶聯合支護，沿空側采用加長錨桿配合索網帶加強支護，沿空送巷圍巖得到有效控制。

綜采工作面回采過程中，在超前支護區范圍內采用29U 型鋼梁配合單體棚、履帶式超前液壓支架、墩柱式液壓支架等聯合支護，在頂板一定量下沉過程中起到有力支撐作用，從而確保巷道圍巖變形相對較小，取得較好成效。