綜采工作面應力區(qū)圍巖控制技術

韓圖門烏力吉

（晉能控股集團，山西 大同 037001）

1 8310工作面概況

晉能控股集團雁崖煤業(yè)公司塔山三盤區(qū)8310工作面位于井田西翼，工作面東部為盤區(qū)大巷，南部為8311工作面，西部為井田邊界，北部為8309采空區(qū)。

8310工作面采用綜合機械化回采工藝，截止2020年1月14日工作面已回采至570 m處，工作面回采至562 m處時揭露一條F7逆斷層，斷層落差為1.4 m，傾角為40°，斷層從回風順槽向工作面中部依次揭露，受F7斷層應力影響，工作面回采至560 m處時，位于工作面前方15 m處回風順槽出現(xiàn)底鼓、煤壁片幫以及底板下沉等現(xiàn)象，嚴重制約著工作面安全高效回采。

2 回風順槽原支護設計及問題分析

2.1 原支護設計

8310工作面原頂板主要采用錨桿（索）聯(lián)合支護，具體支護設計如下：

1）頂板支護：原頂板主要采用錨桿配套鋼帶聯(lián)合支護，以及單錨索支護；頂板每排布置5根長度為2.5 m左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，錨桿間距為1.0 m，排距為1.0 m，錨桿外露端安裝一根長度為4.5 m W型鋼帶；頂板每排布置兩根錨索，錨索長度為6.0 m，直徑為17.8 mm，錨索間距為1.8 m，排距為3.0 m，每根錨索外露端安裝一塊長度及寬度為0.3 m鋼托板，并采用鎖具進行預緊[1-2]。

2）巷幫支護：巷幫采用單錨桿支護，位于工作面煤柱側巷幫采用單玻璃鋼錨桿支護，每排布置三根，錨桿長度為2.0 m，直徑為20 mm，錨桿外露端采用直徑為15 mm圓鋼托盤預緊；非煤柱側巷幫采用螺紋鋼錨桿支護，錨桿布置方式與玻璃鋼錨桿相同。

2.2 原支護問題分析

8310回風順槽在掘進過程中原支護設計滿足巷道掘進要求，但是工作面在回采過程中受構造應力以及回采應力集中破壞作用下，回風順槽原支護存在一些問題，主要表現(xiàn)在以下幾方面[3]：

1）錨桿支護強度低：原頂板采用的單錨桿長度為2.5 m，錨桿采用端頭錨固方式，錨固長度為0.95 m，錨固力為220 kN，而回風順槽在多重應力作用下，頂板出現(xiàn)裂隙發(fā)育，伴隨著冒漏和下沉現(xiàn)象，并在頂板及兩幫內(nèi)形成圍巖松動圈，而原支護錨固段基本位于圍巖松動圈內(nèi)，從而導致錨桿錨固失效現(xiàn)象，錨桿支護強度降低。

2）支護設計不合理：原頂板主要采用錨桿及錨索聯(lián)合支護，雖然頂板布置錨桿數(shù)量相對較多，滿足支護數(shù)量要求，但是原頂板錨桿在施工過程中對頂板產(chǎn)生擾動破壞作用，在應力作用下錨桿支護孔形成卸壓孔，在卸壓過程中對錨桿錨固及預應力強度產(chǎn)生一定影響；同時原頂板施工的單錨索屬于點性支護，雖然可對局部圍巖起到懸吊作用，但是支護強度低，支護范圍小。

3 應力區(qū)圍巖聯(lián)合控制技術

為了提高工作面前方圍巖穩(wěn)定性，提高回風順槽成型率，保證工作面安全快速過應力區(qū)，決定對應力區(qū)圍巖采取“梯形鋼棚+錨索吊棚”聯(lián)合支護設計。

3.1 梯形鋼棚

3.1.1 支護作用

原頂板錨桿、錨索屬于主動支護，主動支護主要通過錨固以及預應力作用實現(xiàn)對圍巖進行懸吊和組合拱（梁）支護作用，但是當圍巖受應力破壞時，主動支護錨固效果差，預應力無法通過支護體傳遞至圍巖中，從而降低主動支護效果；而鋼棚支護屬于被動支護，鋼棚支護架設和提高兩幫煤柱對頂板支撐作用強度，防止了兩幫與頂板之間的三角煤柱出現(xiàn)垮落，同時鋼棚頂梁對頂板下沉現(xiàn)象及時控制，從而提高圍巖整體穩(wěn)定性，保證主動支護效果[4-5]。

3.1.2 鋼棚支護結構

8310回風順槽應力區(qū)采用的梯形鋼棚主要由棚腿、頂梁、底座等部分組成，棚腿長度為3.5 m，主要由11號工資鋼梁制成，棚腿頂?shù)锥烁骱钢埔粔K鋼板，頂?shù)撞夸摪迳虾钢?個直徑為25 mm的圓孔；頂梁長度為4.2 m，頂梁主要由寬度為0.18 m槽鋼焊制而成；底座長度及寬度為0.4 m，厚度為5 mm。

3.1.3 安裝工序

1）梯形鋼棚安裝在距工作面20 m處，首先安裝鋼棚底座，每架鋼棚底座安裝在兩幫底板上并采用三根地錨進行固定，底座安裝后依次安裝兩根棚腿，棚腿與底座之間采用螺母進行固定，棚腿安裝后通過螺母調(diào)節(jié)棚腿角度，調(diào)節(jié)角度范圍75°~90°。

2）棚腿安裝后采用卡纜將棚腿與頂梁進行固定，頂梁安裝后保證頂梁與頂板接觸嚴實，如頂板不平或冒漏時采用道木將頂梁與頂板之間背牢，梯形梁棚架設間距為1.0 m，如圖1所示。

圖1 8310回風順槽應力區(qū)圍巖聯(lián)合支護斷面示意圖（未標單位：mm）

3.2 錨索吊棚支護

傳統(tǒng)單錨索支護由于存在支護斷面小、支護效果差等技術難題，決定對原頂板施工錨索吊棚支護。

1）8310回風順槽應力區(qū)頂板采用的錨索吊棚主要由工字鋼梁、恒組錨索等部分組成，工字鋼梁長度為4.0 m，寬度為0.12 m，鋼梁上布置兩個直徑為30 mm支護圓孔，孔間距為2.5 m；恒組錨索長度為6.0 m，直徑為21.8 mm，錨索最大承載能力為890 kN。

2）從工作面前方15 m處開始補打錨索吊棚，施工工序為：施工錨索鉆孔→錨注錨索→安裝工字鋼梁→鎖具預緊；錨索吊棚垂直巷道布置，布置間距為2.0 m，若局部區(qū)域巷道頂板出現(xiàn)破碎時，縮小吊棚間距，并在相鄰兩架錨索吊棚之間填充水泥背板。

4 結語

截止2020年1月22日8310工作面已回采至617 m，通過對工作面應力區(qū)巷道圍巖采取聯(lián)合控制技術后，工作面在后期回采期間有效控制了應力區(qū)圍巖變形現(xiàn)象，通過現(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn)，采取聯(lián)合控制技術后，回風順槽頂板下沉量控制在0.12 m以下，未出現(xiàn)煤壁片幫現(xiàn)象，兩幫收斂量控制在0.22 m以下，保證了回風順槽成型率，為后期工作面安全高效回采奠定了基礎，取得了顯著應用成效。