回采巷道圍巖變形控制技術研究

＊李立恭

（山西焦煤汾西礦業香源煤業 山西 030500）

前言

隨著煤礦井下開采深度的不斷增加，礦山壓力也隨之越來越大，當巷道圍巖所承受的壓應力、剪應力大于圍巖自身的強度，巷道圍巖則會處于破裂狀態，出現大量變形，給巷道支護帶來較大困難，因此，巷道在礦壓顯現明顯時，及時采取有效的補強支護措施，對于回采巷道而言是至關重要的。

1.工作面基本概況

3205綜采工作面井下位于三采區北翼，東面為3203工作面（已采），北面為井田邊界保安煤柱，南面為三采區開拓大巷煤柱，西面為3207運巷（停掘），上覆為3205保護層工作面（已采），工作面標高為675～738m。綜采工作面對應地面位置：位于百草梁的西翼，東距百草梁400m，西距玉尖溝270m，北距關帝廟460m，南距馬莊村800m，井田內溝谷縱橫地形復雜，溝谷縱橫地面部分地段被第四系黃土覆蓋，除部分果樹和農田外，無其它建筑物設施。地面標高為1316.7～1553.9m，蓋山厚度為609.8～864.5m。3205綜采工作面開采2#煤層，2#煤位于山西組上部，煤厚在0.5～2.2m之間，平均厚度1.8m，屬中厚煤層，是井田較穩定地段，煤層結構簡單，局部含一層夾矸，工作面穩定可采，黑色，屬中灰、低中硫的瘦煤、焦煤，煤層傾角為4°～20°，平均傾角13°，工作面走向長1595m，傾斜長178m。工作面采用一次采全高走向長壁后退式綜合機械化采煤法，全部垮落法處理采空區頂板如表1所示。

表1 工作面煤層頂底板情況說明表

老底 砂巖、砂質頁巖 2.1灰黑色，中細粒砂巖，堅硬，普氏硬度8，抗壓強度39.2MPa，水平層理

2.材、運巷超前支護及端頭支護方式

(1)材、運兩巷超前支護

①超前支護距離：兩巷超前支護距離從工作面煤壁向外支護范圍不得小于50m。

②兩巷超前支護形式：材、運巷因巷道礦壓顯現，因此采用單體液壓支柱配合3.2mπ型梁進行“一梁三柱”垂直巷道布置的補強支護措施，排距1.0m，兩側支柱距梁頭0.1m且支設在管路內側，中間單體液壓支柱緊貼皮帶架管布置；進入超前支護段后，必須對兩巷所有支柱進行二次補液，確保支柱初撐力不小于11.4MPa，并加強超前支護段巷道礦壓觀測，如頂板礦壓顯現明顯，頂梁彎曲變形量大于100mm時，及時將超前支護排距縮小為0.5m；運巷超前支護轉載機側，需根據現場實際情況中柱靠近轉載機進行支設，同時保證人行道寬度不小于0.8m，當受皮帶機尾、轉載機影響未能構成“一梁三柱”支護地點，可使用“一梁二柱”進行支護，但同時需縮小排距為0.5m。

(2)材、運兩巷端頭支護

①材巷端頭采用3.6m的π型梁配合單體液壓支柱南北方向構成“一梁三柱”對梁邁步式及配合點柱進行支護。梁錯距0.8m，異步梁中心距0.2m，支柱距梁頭0.2m，中柱距后柱1.6m（現場受設備影響時，支柱間距可適當調整）。工作面安裝時材巷端頭支護段預留寬度為1.4m，靠近支架的對梁與支架間距不得超過0.5m。工作面安裝完成及后期回采過程中，根據端頭支護邁步梁距幫距離，針對不同寬度范圍采取不同方式進行支護：邁步梁距東側煤幫寬度W≤0.5m時，可不進行支護；當0.5m＜W≤1.2m時，沿巷道走向支設一排貼幫戴帽點柱，點柱距邁步梁0.7m，末端第一根支柱與邁步梁超前梁后柱對齊，柱距0.8m（頂板破碎時縮小柱距為0.4m），柱帽垂直巷道布置，柱帽選用規格為φ200/2×600mm棚板或長度為600mm的短π梁，點柱隨工作面每推進循環支設；當1.2m＜W≤1.5m時，采用順巷道方向增設一對邁步梁支護，邁步梁同步梁中心距0.75m，支護方式與原邁步梁支護方式相同。

②運巷端頭支護方式為：隨工作面推進向留巷內推移，原支護π型梁方向不變。

A.運巷端頭支護π型梁梁頭未能被1#支架頂梁挑住時，正常進行“一梁三柱”支設，當受設備影響，操作空間不足時，靠近支架側單體支柱采用抬棚方式進行支護，對梁距離端頭支護梁頭0.2m處進行抬棚，每根抬棚梁端0.2m處支設一根支柱，中間支設一根支柱，構成“一梁三柱”；1#支架距原巷道支護π梁東側梁頭寬度W≤0.5m時，可不進行支護；當0.5m＜W≤1.2m時，沿巷道走向支設一排貼幫戴帽點柱，點柱距原巷道支護π梁東側梁頭0.7m，末端第一根支柱與支架切頂線對齊，柱距0.8m（頂板破碎時縮小柱距為0.4m），柱帽垂直巷道布置，柱帽選用規格為φ200/2×600mm棚板或長度為600mm的短π梁，點柱隨工作面每推進循環支設；當1.2m＜W≤1.5m時，采用順巷道方向增設一對邁步梁支護，邁步梁同步梁中心距0.75m，支護方式與機尾邁步梁支護方式相同，現場受設備等因素影響時，支柱間距可做適當調整。對梁采用3.6mπ型梁構成，兩根梁中心距離為0.2m，邁步步距為0.8m，每推移一次機頭進行一次邁步。

B.當運巷端頭支護π型梁梁頭位于支架頂梁上時，利用1#支架頂梁挑住π型梁梁頭，采用“一梁二柱”支護。

③工作面回采過程中機尾支架縮回造成空頂時，空頂區域采用邁步梁進行支護，支護形式和端頭支護相同，在邁步梁頂部順工作面煤壁鋪設金屬網，金屬網鋪入端頭第一個支架頂梁至少0.5m，與原巷道頂網搭接不小于0.3m。金屬網的長短邊搭接不小于0.2m，聯網扣距不得大于0.2m。

④超前支護至端頭段空頂支護。工作面推進過程中，當巷道端頭支護與超前支護連接處的距離超過500mm時，需要采取加強支護措施，即支設帶帽點柱，柱帽規格為1m的短π型梁或棚板，柱距1.5m，靠幫點柱距幫0.8m，π型梁順工作面布置。

3.巷道礦壓顯現及補強支護措施

(1)礦壓顯現原因分析

①工作面埋藏較深，蓋山厚度為609.8～864.5m，屬于典型的深井高地壓巷道，工作面地質構造變得復雜、自重應力增大。在深部地應力、構造應力及工作面回采擾動的作用下，呈現顯著的高應力圍巖大變形特征，在工作面回采過程中還伴隨動力擾動型沖擊破壞特征，如巷道圍巖大變形、沖擊礦壓及其他異常礦壓顯現等，其中部分巷道頂、底、幫最大變形量分別達到1.5m、1.5m和0.8m，對礦井安全高效開采帶來極大的困難。

②地應力測試。工作面最大主應力分別為17.11MPa、17.53MPa和12.01MPa，最大主應力的方向集中在NE92°～NW132°，傾角集中在0.5°～41°之間，最大主應力與水平面夾角較小，以水平應力場為主。

③工作面多采用“Y”型通風沿空留巷布置方式，3205材巷為上一個工作面3203工作面留巷。受掘進動壓、回采超前動壓擾動影響，沿空巷道要經受礦壓分布，更嚴重的是要經受回采后側礦壓的又一次劇變動壓影響，難以保證留巷圍巖穩定性，局部巷道下沉量達1.5m，局部兩幫收縮量達1.6m。而沿空留巷，極其困難，巷道反復維修量大，安全性差。

④受3205工作面采動及上部保護層采空區影響，現3205工作面材、運巷部分地段應力集中，礦壓顯現明顯，出現頂板破碎、下沉、底鼓、錨桿（索）鋼梁斷裂、頂幫出現網包等現象，為加強兩巷頂板安全管理，需對3205材、運巷進行補強支護。

(2)支護方案

①對于頂幫破碎形成網包區域進行抖包，對于局部頂板破碎區域或失效頂幫錨桿及錨索區域，根據現場頂板破碎情況采取支設帶帽點柱或“單體支柱配合鋼梁”架棚方式進行加強支護；②對兩巷頂板破碎、下沉或離層量達100mm區域，先支設點柱全區域臨時支護，然后按照由北向南、由嚴重到一般程度的順序采用“單體支柱配合鋼梁”架棚方式進行加強支護；③將運巷內翻滾、彎曲嚴重及失去支護效果的U型棚更換為“單體支柱配合鋼梁”架棚方式進行加強支護；④對采用“單體支柱配合鋼梁”架棚方式進行加強支護地段仍出現礦壓顯現明顯、鋼梁彎曲翻滾等現象，應縮小支護排距（排距0.4～0.5m）并采取注漿措施；⑤前期嚴格按照以上4種支護方案進行維護。在維護期間和維護結束后，發現此區域頂板破碎程度加重或此區域外頂板破碎時，要及時按照破碎程度采取以上對應的加強支護措施施工。

(3)支護參數

①支設帶帽點柱

使用DW-28型單體支柱配合長度為1.0mπ型梁進行支設。支設位置及單排數量根據頂板破碎地點及范圍確定，可支設在西側、中部或東側。東側幫及中部點柱緊貼皮帶架管支設，西側支柱距離軌道不小于0.5m。支設時，π型梁軸線垂直于巷道軸線布置，支柱支設于π型梁正中間位置。順巷支設點柱的南北間距為1.0m。

②“單體支柱配合鋼梁”架棚支護

A.使用DW-28型單體支柱配合長度為3.2m（材巷使用）/3.6m（運巷使用）π型梁構成“一梁三柱”支護。π型梁軸線垂直于巷道軸線布置，支柱距梁頭0.2m，東側幫及中部點柱緊貼皮帶架管支設，西側支柱距離軌道不小于0.5m，棚距1.0m，若礦壓顯現明顯時，縮小排距為0.4～0.5m。

B.巷道超高或頂板不平時，頂梁上部用棚板（規格φ220/2×1400mm），施工“#”字木垛勾頂，棚板間距為1.0m，木垛要接頂嚴密，勾緊背實。勾頂區域π型梁必須設防墜器，即在勾頂前，先使用雙股10#鉛絲將距離π梁兩端0.5m處分別吊掛在頂網上。

③注漿加固施工參數

A.布孔參數：在礦壓顯現明顯段以90°方位、與水平夾角75°開孔，每隔4m施工一個注漿孔，孔深為2500mm，采用注漿封孔器進行封孔，孔內封孔位置距孔口1m。

B.注漿材料配比：采用超強礦用無機加固材料，水灰比為0.3:1。

C.氣動注漿泵型號：2ZBQ-50/19（壓力要求3～5MPa）、氣動攪拌桶型號：JQW-250S、風動錨桿鉆機：φ32鉆頭、動力參數：礦井壓風0.4～0.8MPa；采用錨桿機開孔進行礦用新型無機加固材料注漿，開孔直徑φ32mm。

④替換U型棚支護

替換U型棚支護前，首先，在距需替換U型棚兩側0.5m分別使用3.6mπ型梁“一梁三柱”加強支護，然后，在靠近U型棚梁下方距棚腿0.5m處各支設一根點柱，用另一根單體液壓支柱以70°左右的傾角頂在棚腿上方的棚口處，使棚腿上端向煤幫移動脫離棚梁，人工挖底回收棚腿，最后，回收棚梁，回收棚梁完成后，在原U型棚位置“一梁三柱”架設3.6mπ型梁。

⑤吊包的處理方法。對于垂距大于0.1m，長度小于2.5m的吊包進行抖包，先在吊包南北兩側分別支設帶帽點柱，再將吊包下部的金屬網剪開一個不大于200mm長的縫，使用長撬棍將吊包上部活矸、碎渣進行挑落，再進行補聯網。聯網完成后，使用單體支柱配合π型梁對抖包處進行支護，上部使用棚板接頂。對于頂板破碎嚴重、破碎頂板高度超過0.5m的則不進行抖包，進行架棚支護。

⑥頂幫網的補聯方法

A.對巷內所有頂幫網破口采用菱形金屬網進行補聯網。補網前必須先由有經驗的人員利用長撬棍對破口內活矸、活渣挑落，再進行補聯網。

B.要求：在原頂幫金屬網破口處重新鋪設金屬網，新網與舊網搭接不小于100mm，并采用16#鉛絲雙股對折進行聯網，扭結圈數不少于3圈，扣距不大于0.1m。

⑦更換損壞或壓死的支柱方法

逐根進行替換，按照先支后回的方法作業。替柱前，先在同一根梁下（距離將要替換的支柱500mm處），先支設一根完好的支柱，拴好防倒鏈，降下壞支柱，未能正常實現降柱的支柱，先完善其防倒鏈，使用挖柱窩的方式進行回收。然后在回收支柱的位置新支設支柱，最后再回收臨時支柱。

⑧更換斷裂、彎曲、翻滾的頂梁方法

逐架進行更換，按照先支后回的方法作業。回收壞梁前，先在同一根下（距離將要替換的頂梁200mm處），先平行支設一架完好的支架。支護參數與原支護一致，更換損壞的頂梁后按照原支護參數及要求支護，最后回撤臨時支架。

4.結論

通過對3205工作面補強支護后兩巷的礦壓情況進行觀測分析，巷道頂底板移近量、兩幫收縮量為400mm、300mm，極大程度的減小了巷道斷面收縮量，為工作面的安全、高效生產奠定了基礎。