高檔普采工作面沿空留巷支護方案優(yōu)化

韓海軍

（山西霍寶干河煤礦有限公司，山西 臨汾 041602）

干河煤礦1-203工作面沿空留巷原支護方案對頂板控制效果較差，超前、滯后礦壓顯現(xiàn)較為明顯，巷道返修率較高，影響工程進展，因此需要對現(xiàn)有的支護方式進行優(yōu)化。

1 工作面概況

1-203工作面煤層平均厚度1.9m，局部含有夾矸厚度約為0.08m。煤層直接頂為深灰色的泥質(zhì)粉砂巖，平均厚度約為0.55m；基本頂為深灰色粉砂巖，厚度約為3.27m；直接底板為深灰色的泥質(zhì)粉砂巖，平均厚度約為2.19m；基本底為層狀灰色粉砂巖，厚度為3.58m。在工作面推進過程中共揭露2條斷層，均已作開切眼跳過斷層開采，因此，斷層不會對工作面回采造成影響。工作面采用走向長壁布置的方式，普通機械化采煤工藝，單體液壓支柱支護頂板，工作面采用4～6排支柱控頂，支柱間、排距均為0.8m，最大控頂距為4.85m，最小控頂距為3.25m。

2 原有巷道支護方案

2.1 回采巷道原支護方案

1-203工作面回采巷道在掘進期間采用錨索與樹脂錨桿聯(lián)合支護。錨桿的間排距均為800mm，錨桿直徑為16mm，長度為2000mm；沿頂板中線布設(shè)單排錨索，錨索的間距約為8m，錨索直徑為18.5mm，長度為6500mm。在錨桿端部串聯(lián)廢舊的鋼絲繩，防止頂板大塊碎石破碎后掉落。為減少矸石采出率，沿空留巷支護將矸石碼放在采空區(qū)一側(cè)，支護長度3m，沿巷道上側(cè)邊緣碼放兩層中粒砂巖的板塊石，如圖（1）所示。1-203工作面回風(fēng)巷和運輸巷采用超前支護方式進行支護，支護材料使用11#工字鋼架設(shè)梯形棚，工字鋼間距1.2m，超前支護長度不小于20m。

2.2 原支護方案存在的問題

（1）從整體來看巷道支護整體性較差。對于巷道錨桿、錨索的支護，隨著頂板巖石的下沉，錨桿、索托盤處出現(xiàn)應(yīng)力集中而發(fā)生破斷現(xiàn)象，從而導(dǎo)致支護失效。鋼絲繩串聯(lián)在錨桿之間，由于在串聯(lián)時無法施加預(yù)緊力，鋼絲繩只能限制較大巖塊回轉(zhuǎn)下沉，且限制程度有限，同時鋼絲繩無法對較小巖塊起到像大塊巖石一樣的“網(wǎng)兜”作用，因此小巖塊破碎后直接掉落易發(fā)生頂板事故。錨桿、錨索支護主要是針對進入塑性大變形的巷道圍巖表層，限制其不協(xié)調(diào)變形進而實現(xiàn)支護一體化、載荷均勻化，當(dāng)錨桿、索支護失效后且沒有金屬網(wǎng)的條件下，破碎的頂板巖體將會導(dǎo)致巷道整體失穩(wěn)破壞，造成重大安全事故。

圖1 巷內(nèi)及巷旁支護示意圖

（2）巷旁支護強度和剛度不能更好的耦合。巷旁支護材料可變性能較強，在巷道支護初期不能提供有效的支護阻力，隨著頂板巖石的下沉，巷旁支護壓力加大，矸石被擠出或者達到支護強度極限，從而失去承載能力。由于矸石為散體材料，無膠結(jié)物固結(jié)成型，因此，在沒有圍壓的作用時很容易發(fā)生片落、擠出，這種現(xiàn)象會逐漸向支護深部發(fā)展，直至整個支護體的失穩(wěn)破壞。

3 沿空留巷支護方案優(yōu)化

3.1 巷內(nèi)補強支護

工業(yè)性試驗前期，在1-230工作面運輸巷實驗段對巷道進行補強支護。在工作面超前150m范圍補打雙排錨索，錨索與豎直方向分別呈25°、5°夾角，距離巷道兩幫600mm，如圖（2）所示。此外，采用長度為2.2m的24#槽鋼串聯(lián)兩根錨桿，為防止頂板破碎后掉落砸傷人員，將原有的鋼絲繩更換為金屬網(wǎng)。

3.2 工作面超前及滯后支護

試驗段工作面的超前支護采用聯(lián)合支護方式。在超前工作面煤壁0～20m范圍內(nèi)采用11#工字鋼架設(shè)棚子支架，支架間距不大于0.9m，并增加雙排單體液壓支柱和金屬網(wǎng)；在滯后段后方10m的范圍內(nèi)采用工字鋼和雙排單體液壓支柱聯(lián)合支護，在滯后10～20m范圍內(nèi)采用單排點柱支護，如圖（3）所示。

3.3 巷旁錨固矸石袋

當(dāng)1-203工作面控頂距達到4.85m時，開始進行運輸巷的巷旁支護。由于采用4～6排單體支柱進行控頂，此時工作面下方有6排單體柱，上方有4排單體柱。為提供巷旁支護施工人員作業(yè)空間，防止采空區(qū)矸石落入施工區(qū)域，保證施工安全，在采空區(qū)邊緣設(shè)置密集點柱，柱間距0.2m，如圖4（a）所示。在密集點柱設(shè)置完成后，開始進行巷旁錨固矸石袋支護，將矸石袋碼放在指定區(qū)域，逐排回撤已留設(shè)支護體前方點柱，即圖4（a）中虛線區(qū)域。矸石袋擺放長度3m（沿煤層傾向方向），如圖4（b）所示。走向間隔4.8m留設(shè)0.4～0.5m的瓦斯泄放道，用于采空區(qū)瓦斯排放，如圖4（c）所示，瓦斯泄放道在工作面推進方向上最多不能超過兩個。瓦斯泄放道封堵時，需用袋裝矸石填塞，填塞矸石袋與原有矸石袋壓茬堆疊，并用黃泥溝縫，防止采空區(qū)瓦斯通過矸石袋之間的縫隙外溢。

圖2 巷內(nèi)補強示意圖

圖3 超前及滯后支護

圖4 巷旁錨固矸石袋支護示意圖

4 礦壓觀測

為驗證沿空留巷支護方案優(yōu)化效果，對試驗段巷道進行巷道圍巖表面位移量觀測，評估所采用的巷道支護形式和支護參數(shù)是否合理以及支護結(jié)構(gòu)的可靠程度。試驗段巷道圍巖觀測共計設(shè)置三個測站，分別距離工作面30m、70m和90m。觀測曲線如圖5所示。

圖5 巷道圍巖移進量變化曲線

根據(jù)圖5可以看出，隨著距離工作面長度的增加，巷道頂?shù)装逡平俊蓭鸵平烤兴黾樱黾铀俾蕽u漸減小。對比測站之間的巷道頂?shù)装濉蓭鸵平康拇笮】芍簻y站1的頂?shù)装濉蓭鸵平看笥跍y站2的頂?shù)装濉蓭鸵平浚笥跍y站3的頂?shù)装濉蓭鸵平俊Ｕf明隨著試驗巷道長度的增加，該支護方案對巷道圍巖控制效果越來越好，說明支護方案優(yōu)化是合理的。

5 結(jié)論

通過對干河煤礦1-203工作面沿空留巷支護現(xiàn)狀分析，采用巷道頂板補強、優(yōu)化工作面超前、滯后支護方式及改變矸石袋擺放方式等具體措施，優(yōu)化原有支護方案。工程實踐表明：隨著測點距工作面長度的增加，巷道圍巖變形量逐漸增大后趨于平緩，巷道圍巖變形量的最大值均在合理的范圍內(nèi)，說明優(yōu)化后的支護方案對巷道圍巖控制的整體性較強，充分說明了支護方案優(yōu)化的合理性及有效性。