復合頂板條件下切頂卸壓留巷支護控制要點分析

王 鵬

(河南能源化工集團焦煤公司趙固一礦，河南 新鄉(xiāng) 453634)

0 引言

在煤礦開采的過程中，選擇使用切頂卸壓留巷支護的方式，對提升煤炭資源的采出率，降低下部煤層開采過程中可能出現(xiàn)的應力集中問題有著明顯的效果。同時也有助于減少巷道掘進進尺數(shù)量，有助于工作面開采過程中實現(xiàn)Y型通風，因此，在當前煤礦開采過程中取得了較好的應用效果。趙固一礦16041工作面在開采的過程中，對于回風巷道設(shè)計采用切頂卸壓留巷的方式，可以將巷道留下來為鄰近工作面服務，但是由于復合頂板影響，增加了留巷段巷道頂板整體控制的難度。

1 工程概況

趙固一礦16041工作面設(shè)計采用的是綜采方式，傾斜長度設(shè)計為110 m，走向長度設(shè)計為1 121 m，開采的煤層是二1煤層，煤層厚度約為6.21 m，從煤層賦存情況來看，整體較為穩(wěn)定。為了更好地保證16041工作面開采的安全性，本次對煤層上覆頂板構(gòu)成情況進行了鉆探分析，鉆孔揭露頂?shù)装鍘r層情況如表1所示。從表1可看出，煤層頂板由砂質(zhì)泥巖、泥巖及砂巖等構(gòu)成，屬于復合頂板，其中泥巖、砂巖等組合整體變化較大。在巷道頂板上部1.3 m的范圍內(nèi)有著較為明顯的離層、破碎的問題。在2～7.6 m，砂質(zhì)泥巖、砂巖出現(xiàn)了較大的厚度變化，同時，該層巖層出現(xiàn)的破壞情況，對回風巷切頂留巷的效果有著非常大的影響。在對巷道進行支護時，本次設(shè)計采用錨網(wǎng)索支護的方式，巷道支護示意圖如圖1所示。

圖1 巷道支護示意圖

表1 鉆孔揭露頂?shù)装鍘r層情況

2 巷道支護方案

2.1 巷道頂板補強加固技術(shù)方案

為了更好地提升巷道支護效果，在本次支護時，對巷道頂板巖層進行了補強支護，主要的補強支護措施為補強加固錨索、設(shè)置錨索梁，在切頂?shù)奈恢弥饕扇×搜a強恒阻錨索梁，具體的支護方案如下。

1)補強加固錨索。在巷道原有支護的基礎(chǔ)上，本次設(shè)計采用補打錨索的方式，對巷道頂板進行全面補強，原支護錨索、補強錨索形成雙排支護錨索。本次將補強的錨索設(shè)置在巷道中心線下方1.7 m的位置，具體規(guī)格是φ17.8×12 300 mm。

2)補強加固錨索梁。在巷道頂板上采取與補打錨索交叉布置的方式設(shè)置錨索梁，設(shè)計采用“一梁四索”的方式，錨索的具體規(guī)格是φ17.8×12 300 mm，錨索梁設(shè)計采用長度為3.6 m槽鋼，設(shè)計眼距為1.5 m。

3)補強恒組錨索梁。為了更好地保證巷道的穩(wěn)定性，在頂板與切頂線距離0.3 m的位置設(shè)置恒阻錨索梁，具體規(guī)格是φ17.8×12 300 mm。錨索梁設(shè)計采用長度為4.5 m槽鋼，設(shè)計眼距為1 m。如果在施工過程中出現(xiàn)頂板整體較為破碎的問題，技術(shù)人員應適當將恒阻錨索設(shè)置的距離減小。為了更好地提升錨索支護效果，本次對使用到的錨索均選擇使用錨固劑進行加長錨固，同時在錨固之后，選擇使用張拉機對錨索進行預計。

2.2 留巷段支護方案

從工作面開采情況來看，本次將采面劃分為4個區(qū)段，在采面前方超前20 m范圍內(nèi)屬于超前支護范圍，在后面120 m的范圍內(nèi)屬于滯后支護區(qū)域。在120～200 m的位置屬于穩(wěn)定區(qū)域。在超過200 m的范圍內(nèi)屬于穩(wěn)定區(qū)域。

1)超前支護區(qū)域的支護。由于在超前回采工作面20 m左右的位置，開采擾動整體較為明顯，因此需要開展超前支護。雖然已經(jīng)采取了上述多種類型的支護方式，但是為了更好地保證工作面開采的安全性，仍舊選擇使用礦用工字鋼對頂板進行了強化支護。

2)滯后支護區(qū)域的支護。在開采后方，由于采空區(qū)頂板垮落的影響，巷道圍巖整體的控制難度相對偏大。所以，在該范圍中，設(shè)計使用π鋼、單體支柱的方式，采取“一梁三柱”的形式構(gòu)成架棚，實現(xiàn)對巷道頂板的強化支護。本次設(shè)計架棚之間的距離為0.8 m，在巷道和π鋼的端頭設(shè)置了間距0.2 m，在下幫單體支柱距離下幫設(shè)置了0.8 m的空間，這些空間的設(shè)定為風筒留下了相對較大的空間。在對中部支柱進行布置時，主要是沿著中線方向進行布置。此外，在對單體液壓支柱進行布置時，本次布置在距離切頂線1.1 m的位置，同時隨著工作面的不斷向前推進，巷道支護不斷向前移動。

3)成巷待穩(wěn)定區(qū)域的支護。在工作面后方120～200 m的范圍內(nèi)，屬于巷道成型后的穩(wěn)定區(qū)。在對該區(qū)域進行支護時，本次主要根據(jù)回風巷道變形情況、礦壓顯現(xiàn)等方面對整個支護方案進行針對性支護。若巷道圍巖變形量出現(xiàn)了增加或者圍巖整體壓力顯現(xiàn)越來越明顯，則應當嚴格按照滯后支護區(qū)支護參數(shù)進行強化支護。如果圍巖變形整體趨于穩(wěn)定或者礦壓顯現(xiàn)不明顯，技術(shù)人員在支護時，可采取間隔一棚然后回撤一棚，對于棚子之間的距離也可從0.8 m提升到1.6 m。

4)成巷穩(wěn)定區(qū)域的支護。在開采工作面后方200 m的位置，整體屬于成巷穩(wěn)定區(qū)域，在該區(qū)域內(nèi)，可以根據(jù)圍巖變形、礦壓顯現(xiàn)情況對支護方案進行優(yōu)化設(shè)計。若圍巖整體較為穩(wěn)定，礦壓顯現(xiàn)幾乎不存在，技術(shù)人員可以將支護棚全部撤除。如果圍巖變形整體區(qū)域穩(wěn)定，礦業(yè)顯現(xiàn)也不明顯，則技術(shù)人員可以采取間隔一棚回撤一棚的方式進行支護。此外，若礦壓顯現(xiàn)較為明顯，則在支護時，需要嚴格按照設(shè)計進行架棚支護。

2.3 擋矸支護技術(shù)方案

本次在回風巷道留巷段選擇使用重型U鋼柱，距離采空區(qū)較近的選擇使用菱形纖維網(wǎng)，距離巷道較近的選擇使用金屬網(wǎng)，三者共同形成擋矸支護。鋼柱在布置時，間距設(shè)計為0.8 m，布置位置選擇在切頂線外的50 mm處。兩節(jié)U型鋼組成鋼柱，在鋼柱搭接時，控制搭接長度在0.4 m。

2.4 巷道頂板深孔定向爆破切頂方案

由于二1煤層屬于復合頂板，綜合巖層條件、頂板成縫率及先前施工檢驗，本次設(shè)計頂板切縫高度為10.5 m，在具體切頂時，本次設(shè)計采用聚能爆破預裂技術(shù)，將鉆孔設(shè)置在距離頂板上幫0.5 m的位置，為了更好地提升爆破效果，鉆孔傾角設(shè)置為90°，鉆孔φ50 mm，深度設(shè)置為10.5 m。爆破使用的炸藥選擇煤礦許用乳化炸藥。

3 留巷段支護效果

在對16041工作面回風巷道選擇使用切頂卸壓等支護方式后，為了對巷道圍巖整體的控制效果進行全面研究，本次對留巷段巷道圍巖變形情況進行了全面監(jiān)測。從本次監(jiān)測情況來看，在工作面進行正常回采的條件下，回采速度控制在4.8 m/d。留巷段在全部支護完成之后的22 d就進入到成巷待穩(wěn)定區(qū)，在支護40 d之后就開始成為成巷穩(wěn)定區(qū)。在巷道完成支護22 d后，巷道圍巖整體的變形開始增加，在支護26 d之后，巷道圍巖整體變形區(qū)域穩(wěn)定。本次共進行了60 d的監(jiān)測，巷道頂板和底板的變形量達到了110 mm，兩幫收斂量達到了240 mm，這表明留巷段能夠為后續(xù)使用。

4 結(jié)語

在16041工作面回風巷道切頂留巷期間出現(xiàn)了較為明顯的支護困難、穩(wěn)定性較差的問題，在對巷道頂板巖層進行分析的基礎(chǔ)上，針對性地提出了補強加固錨索、設(shè)置錨索梁，在切頂位置采取補強恒阻錨索梁的方式進行強化支護，選擇使用深孔聚能爆破的方式將符合頂板和采空區(qū)之間的應力傳播路徑有效切斷。從現(xiàn)場使用情況來看，整體取得了較好的支護效果。