厚煤層回采巷道超前動壓影響下圍巖控制技術研究

鄭宗儒 劉 聰

（國家能源集團寧夏煤業公司棗泉煤礦，寧夏 銀川 750001）

1 概況

棗泉煤礦13 采區工作面布置形式采用跨區段三巷布置，邊界泄水巷配合小煤柱沿空掘進。130203工作面位于13 采區+929 m 水平，是13 采區第3個工作面，工作面東側留5～15 m 煤柱（風巷一段為15 m 煤柱、二段為5 m 煤柱）與130202 工作面采空區相鄰，西側、南側為未開拓區域，北側為13采區輔運下山延深段，13 采區邊界泄水巷平行風機兩巷布置在工作面內（89#～91#支架處），貫穿工作面回采始終，如圖1。

圖1 13 采區工作面布置示意圖

130203 綜放工作面開采2 煤層，均厚7.84 m，厚度變化小，結構單一，少數鉆孔含1～3 層夾矸，普氏硬度系數f=1.6～1.9，容重1.31～1.35 t/m3。2 煤頂板為平均厚4.85 m 炭質泥巖，炭質泥巖易脫層、遇水膨脹變軟；其上為細粒砂巖、泥巖及粉砂巖互層，平均厚7.6 m；再上為平均厚10.58 m 左右的中粒砂巖。2 煤底板以平均厚7.45 m 左右細粒砂巖為主。

工作面可采長度2660 m，傾斜長226.97 m。130203 工作面埋深500～780 m，超前采動影響下礦壓顯現強烈[1-4]。

2 工作面兩巷呈現的問題

（1）工作面兩巷超前采動壓力大、巷道變形嚴重，兩巷礦壓顯現明顯，巷道頂沉、底鼓及幫鼓嚴重，風機兩巷超前120 m 范圍內巷道壓力增大，超前30 m內巷道變形嚴重，頂沉、底鼓量達到2.5 m，兩幫移近量達到1.0 m 左右。

（2）工作面兩巷超前支護困難，維護量大。為了滿足巷道通風、運輸、行人需要及頂、幫安全，采取頂板打設走向錨索桁架進行加強支護，兩幫進行二次擴幫，底鼓處進行起底等措施。由于頂沉、底鼓及兩幫移近量大，原支護的支柱變形、鉆底量大，維護時空間狹小，工程量大，進度緩慢，維護非常困難。

3 工作面巷道綜合控制技術

3.1 工作面回風巷控制技術

（1）安裝前風巷起底、擴幫維護。安裝前，利用綜掘機進行起底、擴幫維護，起底后巷道高度4450 mm，擴幫后巷道凈寬4200 mm。對兩幫進行錨網支護，錨索采用Ф21.8 mm×2800 mm 預應力鋼絞線，錨桿采用20#-M22-2000BHRB335 左旋螺紋鋼錨桿，間排距均為900 mm×900 mm。

（2）回風巷二段5 m 小煤柱超前加固。一是幫部打設護幫錨索桁架進行加強支護，錨索采用Ф21.8 mm×4300 mm 預應力鋼絞線，桁架梁采用11#礦用工字鋼加工，長度2500 mm，桁架安裝角度為60°；二是施工錨索桁架完畢后對巷道進行噴漿封閉，強度為C20，厚度為100 mm；三是噴漿后在巷道上幫施工兩排注漿孔進行注漿加固，孔徑為43 mm，孔深2500～3000 mm，間排距為3000 mm×1000 mm（成“三花”布置），施工角度為30°仰角?；仫L巷超前維護示意圖如圖2。

圖2 回風巷超前維護示意圖（mm）

（3）加強回風巷超前支護。根據兩巷超前礦壓顯現情況，將風機兩巷超前支護長度由80 m 加長至120 m。2020 年10 月在回風巷首次使用無反復支撐單元支架，根據現場情況進行多種支護方式的對比并不斷進行改進。

（4）回風巷超前采用防治底鼓新技術——“底板切槽+檔樁+大直徑卸壓鉆孔”綜合治理技術。為防止風巷超前底鼓，該礦與山東科技大學合作，在現有基本支護基礎上，提出增加“擋+卸”的綜合治理思路。具體為：底板切槽（卸）+“錨索-注漿鋼管斜樁（擋）+實體煤幫大直徑鉆孔（卸）”組合治理方案，如圖3。

圖3 回風巷底板切槽、斜“擋”樁布置示意圖

① 底板切槽：在巷道底板中心附近布置松動卸壓槽，卸壓槽深度取2.0 m，寬度0.5 m，施工長度60 m。

② “擋”樁方案：在試驗段巷道兩側分別布置一排斜樁，斜樁與水平方向呈60°傾斜向巷道外側布置，斜樁長度3.0 m。方案一間距1.0 m，施工長度30 m；方案二間距0.5 m，施工長度30 m。

③ 實體煤幫大直徑卸壓鉆孔。在實體煤幫布置大直徑卸壓鉆孔，使側向支承壓力峰值向煤幫深部轉移。在距巷道底板1.0 m 和2.0 m 處，沿巷道走向施工2 排大直徑鉆孔，呈三花眼布置，鉆孔施工時為方便現場施工可稍帶一定仰角。方案一：鉆孔Φ130 mm，長度10 m，間距4.0 m，施工長度30 m；方案二：鉆孔Φ130 mm，長度10 m，間距2.0 m，施工長度30 m?；仫L巷實體煤幫大直徑卸壓鉆孔示意圖如圖4。

圖4 回風巷實體煤幫大直徑卸壓鉆孔示意圖

3.2 工作面皮帶巷控制技術

（1）皮帶巷超前外打設大直徑走向錨索桁架加強支護。皮帶巷距離巷道下幫1000 mm 距上幫500 mm 處各打設一排走向錨索桁架，錨索采用Φ28.6 mm×8300 mm 的預應力鋼絞線，桁架端頭間距1500 mm，桁架梁采用11#礦用工字鋼加工，長度為2500 mm。

（2）皮帶巷上幫加強支護。上幫自工作面煤壁向外施工護幫錨索桁架，錨索采用Φ21.8 mm×4300 mm 預應力鋼絞線，間排距為2000 mm×1000 mm；桁架梁采用11#礦用工字鋼加工，長度2500 mm，桁架水平安裝。下端錨索距離底板1000 mm 處打設，上下兩排錨索相錯1000 mm 打設，注水點處施工三排桁架，其他段施工兩排桁架。

（3）超前施工大直徑鉆孔卸壓。在130203 工作面皮帶巷上幫煤壁向外150 m 處開始施工大直徑卸壓鉆孔，孔徑133 mm，孔深20 m，間距3.0 m，孔位布置在距巷道底板2.5～3.0 m 處，垂直于煤壁開孔，鉆孔傾角與煤層傾向坡度一致。目前已施工大直徑卸壓鉆孔88 個，全部已回采，根據回采時皮帶巷實際礦壓顯現情況，大直徑卸壓鉆孔卸壓效果不明顯。

（4）超前水力致裂切頂卸壓。為減緩超前支承壓力對皮帶巷的影響，在皮帶巷超前采取水力致裂切頂卸壓措施，上下幫各打一排鉆孔，上幫與下幫側開口位置分別距離煤柱3 m 與1 m 左右，與巷道夾角分別為5°～15°和45°，向工作面方向打設，鉆孔長度50 m，傾角50°，鉆孔間距10 m，鉆頭直徑56 mm，鉆桿直徑42 mm，如圖5。

圖5 皮帶巷超前水力致裂切頂卸壓鉆孔施工示意圖

4 結語

通過回采超前巷道控制技術探索與研究，實施回采超前巷道控制技術，減小了工作面兩巷回采巷道變形量，較以往巷道變形量縮小了50%，減小巷道維修量，節約了生產成本。目前工作面兩巷巷道尺寸能夠滿足生產需求。同時，上述控制技術研究成果為后續礦井采區布置方式及小煤柱沿空掘巷的進一步研究實施積累了寶貴的經驗。