孤島工作面回采巷道支護技術研究

鄢德恒，謝鵬飛

（山西呂梁離石金暉榮泰煤業有限公司,山西 呂梁 033000）

0 引 言

我國煤炭資源被大量開發后趨于枯竭，淺層煤炭減少，采深增大，許多地方的地質條件不斷被破壞，對于一些礦井的開采成為嚴峻的挑戰[1]。為了避免礦井生產與相鄰礦井工作面出現擾亂現象，會選擇在采區內工作面之間采用跳采接續方式，如此就會形成至少一個沿工作面走向方向兩側均為采空區的工作面或其周邊均為采空區的工作面，這樣的工作面稱為孤島工作面[2～4]。孤島工作面的煤體支撐壓力隨著兩側工作面的采空而增大，將會影響孤島工作面圍巖的穩定性，圍巖很可能就會出現變形、破碎、礦壓顯現劇烈等現象[5～7]。

1 孤島工作面概況

金暉榮泰煤業在前期回采過程中，為了減少相鄰工作面回采與掘進同時進行造成的擾動，采用同采區跳采的方式布置工作面，因此導致10209（2）工作面南、北兩側的10201 和10207 工作面均已被采空，形成孤島工作面。

10209（2 ）孤島工作面，屬于金暉榮泰礦二采區10 號煤工作面。工作面地質表面為黃土山、梯田等，沒有其它建筑物。工作面地面標高980 ～1 115 m，工作面井下標高825～913 m。

工作面可采長度平均為737 m，傾向長度為60 m，工作面可采面積共4 973.5 m2。工作面儲量圈定儲量24.3 萬t，可采儲量22.9 萬t，回采率：96 %，按90 萬t/a 產能計算，則其服務年限約為3 個月。10209（2）工作面位置示意圖如圖1 所示。

圖1 10209（2）工作面位置示意圖

2 回采巷道圍巖控制技術

2.1 支護形式

根據礦方基礎資料及采掘銜接計劃，10209（2）工作面運輸、回風順槽擬沿著10209 工作面運輸、回風順槽進行掘進，因此，結合10209 工作面回風順槽支護設計報告，考慮孤島工作面回采巷道易受兩側采空區的影響，10209（2）工作面回采巷道宜采用“錨網+工字鋼棚”聯合支護。

2.2 支護方案

1）工作面回采巷道掘進路徑沿10 號煤層頂底板前進，巷道呈矩形斷面形式。掘進斷面尺寸為寬4 000 mm，高3 000 mm。

2）工字鋼棚支護參數。10209 回風順槽工字鋼棚支護的棚間距為800 mm（中- 中），棚梁與棚腿均使用11#礦壓工字鋼加工制作。

架棚規格為：棚梁全長3 400 mm，上棚梁內凈寬3 100 mm，下扎腳凈寬4 000 mm；梯形棚腿長3 000 mm，凈高2800 mm，棚腿窩埋深200 mm，底部用10 mm 厚鋼板焊接鋼墊板斷面為150 mm×150 mm。每架棚腿從上向下分別在1 000 mm 和2 000 mm 位置用內φ20 mm×40 mm 的無縫鋼管焊接，并使用φ20 mm 圓鋼拉桿兩頭彎成90°直鉤與無縫鋼管相連接。金屬梯形架棚頂部采用金屬網和塑料網，幫部采用塑料網；幫部用5 塊、頂部用6 塊長 1 100 mm半圓木背板背實幫頂，頂部木背板間距為600 mm，幫部木背板間距為500 mm，并打設牢固的撐木。每2 架棚之間為了保證穩定，需要放置不少于7 根撐木，從而增加架棚之間的穩固。棚梁上放置3 根，幫部放置4 根，棚腿放置1 根，肩窩放置1 根。工作人員在固定架棚時，要保證棚梁與棚腿和圍巖之間緊密契合，不能出現空隙導致松動，或出現空幫、空頂的現象，對于不能接幫接頂的工字鋼部位，工作人員一定要使用木楔將工字鋼剎緊背牢，確保支護的穩定牢固。

3）巷幫錨桿支護參數。巷道兩幫的上部，使用圓鋼錨桿進行圍巖支護，一次支護就能有效控制圍巖變形，尺寸設置為φ16 mm×1 600 mm，上部錨桿與頂部的距離為400 mm。均采用2 根φ16 mm×1 600 mm 圓鋼錨桿支護，上部錨桿距頂400 mm，并且要有一定的傾角，設置為傾斜20°，錨桿間距設定為1 000 mm。排距為800 mm，每根錨桿使用CK2360 型錨固劑進行錨固。

4）網片規格參數。頂板依次鋪設煤礦井下用雙向拉伸塑料網和金屬網片，其中煤礦井下用雙向拉伸塑料網的網孔尺寸為40 mm×40 mm，網片尺寸一般根據現場實際情況制作，本項目設定的網片尺寸長3 000 mm，寬1 200 mm；金屬網片由φ6 mm 鋼筋焊接，網孔尺寸為100 mm×100 mm，網片尺寸長×寬=2 100 mm×1 100 mm（網片尺寸也可根據現場實際情況制作），網片搭接100 mm，每隔200 mm 聯網一道。兩側巷幫，僅鋪設煤礦井下用雙向拉伸塑料網，網孔尺寸40 mm×40 mm，網片尺寸長×寬=3 000 mm×1 200 mm，網片搭接100 mm，每隔200 mm 聯網一道。

5）其他支護材料規格參數。半圓木規格參數為R80 mm×1 100 mm。撐木規格參數為φ50 mm×800 mm。拉桿規格參數為φ20 mm×800 mm。

詳細的錨桿+網+工字鋼架棚支護材料參數見表1，巷道支護斷面如圖2- 圖4 所示。

圖4 巷道支護斷面俯視圖

表1 “錨網+工字鋼棚”聯合支護材料參數

圖2 巷道支護斷正視面

3 孤島工作面補強支護措施

3.1 工作面兩端頭補強支護措施

兩端頭支護聯合鉸接梁單體支柱進行支護，采用“一梁兩柱”，鉸接梁支設與巷道平行，運輸順槽鉸接梁與外幫間距0.8 m，回順鉸接梁距外幫1.75 m，最小支柱初撐力應大于140 kN，支柱鉆底深度如果超過100 mm，工作人員需要穿鐵鞋進行支設，為了確保安全質量，工作人員在支設好后要拴好防倒鉤。工作面要預留安全出口通道，出口的寬度至少為0.8 m，高度至少為1.8 m。

圖3 巷道支護斷側視面

工作面上下端頭的支架，與煤壁的外側之間，使用密集單體切頂的方式進行支護，2 段密集支柱間隙，需要設置出口，寬度至少為0.5 m。切頂柱需要支設為2 排，支柱的初撐力不得小于140 kN，并隨著支護工作的推進，及時回撤前移切頂柱。放頂回撤標準為：運輸順槽切頂柱與機頭端頭支架切頂線平齊，超前或滯后切頂線距離不得超過0.6 m；回風順槽切頂柱與機尾端頭支架切頂線平齊，滯后不得超過0.6 m。作業時，要嚴格執行“敲幫問頂”和“先支后回”制度，安排專人對頂板核查。當工作面兩端頭出現壓力偏大，工作人員需要在切頂柱支護的基礎上加戧柱，從而保障支護的穩定性。

在端頭支架距巷道支護大于0.5 m 時，要支設端頭補強單體支護，距端頭支架0.5 m 處支設邁步梁（由1.2 m 鉸接梁和2.6 mπ 型鋼梁組成），每組梁下支設3 根單體柱補強支護確保端頭支護強度。梁長度3.8 m，單體型號DW35（40）-110X。

3.2 順槽架棚支護補強措施

兩順槽頂板下沉嚴重時，及時補強支護，根據現場情況確定支護方式，支柱要支在硬底，穿鐵鞋使用好防倒鉤，支柱初撐力不得小于140 kN。

順槽圍巖較破碎時，可采取注漿加固、補打注漿錨索或恒阻錨索等技術手段進行補強支護，確保工作面安全正?；夭?。

4 支護效果

10209（2 ）孤島工作面回采巷道最優的支護方案為架棚排距800 mm，巷幫錨桿間距1 000 mm，排距800 mm，每排2 根；在保證巷道施工質量標準的前提下，完善回采巷道圍巖控制技術體系，采用上述支護方案，有利于10209（2）孤島工作面安全高效回采；采用“錨網+工字鋼棚”聯合支護方案是合理的，可滿足礦井安全生產的需求；10209（2）孤島工作面雖然受兩側采空區及鄰近斷層的影響，但工作面采掘過程中發生沖擊危險性的概率小。該研究成果不僅具有很好的經濟效益，也可為其它類似孤島工作面回采巷道圍巖控制提供借鑒經驗。

5 結 論

為了保證巷道圍巖的穩定，針對10209（2）孤島工作面回采巷道，使用“錨網+工字鋼棚”支護方案，根據實際情況設置支護參數，并對工作面采取一定的補強支護措施，結果表明,這種支護方案對巷道周圍煤體變形具有良好的控制作用，可以避免采掘過程發生沖擊性的危險，具有很高的經濟效益。