綜放工作面過空巷超前支護方案設計

孫志剛

(汾西礦業集團水峪煤業，山西 孝義 032300)

引 言

由于歷史上的開采局限性，我國中西部礦區受到許多小煤礦的開采，對整塊煤炭資源的破壞性較大，同時遺留了許多地質生產條件不明的廢棄巷道。近年來，國家大力提倡發展安全高效礦井，推進煤炭資源整合和煤礦企業兼并重組，而整合后的煤礦企業在對保有資源重新布置回采的過程中，各類遺留廢棄巷道的存在對新的采掘工作造成重大困難及隱患，在快速推進及頂板保障方面我們還有大量的技術難點未實現突破[1-3]。其技術難點主要在于，空巷形成時間長，經歷多個采動期，應力環境復雜，回采巷道及工作面圍巖變形大，破碎松散，加之工作面推進時的超前壓力疊加，造成增高的應力環境及無法自穩的圍巖條件，對我們的支護工作提出重大挑戰。因此，有必要在工作面推采前，對前方空巷進行一定程度的超前支護，從而保證空巷頂板在工作面揭露時不會大面積冒落、垮塌，保證工作面過空巷期間的頂板有效支護及安全。本文即針對某礦9102工作面特殊地質生產條件下的空巷超前支護展開研究。

1 地質生產概況

該礦工作面平均埋深為114 m，走向為南北方向，走向長度1 089 m～1 121 m，傾斜長度170 m，煤層厚度6.22 m，煤層傾角近水平，使用綜放工藝。直接頂為平均厚度約3 m的砂巖，裂隙較發育，承載力弱，老頂為平均厚度達到15 m的粗砂巖，賦存相對穩定，承載力較強。根據現有的地質生產資料顯示，9102工作面推采范圍內分布有63#等多處老空巷道，這些巷道年久失修，原為無支護巷道或支護早已失效。巷道分布圖，如第145頁圖1所示。

2 空巷超前支護難點分析

本工作面空巷分支、分叉較多，且空巷形成時間長，經歷多個采動期，應力環境復雜，煤幫及頂板煤體極為破碎，且在工作面過第一條空巷過程中，已顯示出諸多控制難點。

1) 礦山壓力強度明顯增大。空巷存在使采場上覆巖層擾動性增強，在煤體內形成高應力區和彈性能積聚區，易發生工作面頂板沿煤壁切落等頂板事故，例如某礦2404、2405工作面過空巷時就發生過頂板下切1.0 m左右的險情。見第145圖2。

2) 工作面與空巷交叉區域煤巖體穩定性差。工作面揭露空巷過程中，端面煤體破碎，支架接頂狀況差，工作面與空巷交叉區域頂板冒漏嚴重，且空巷揭露后的煤壁為原空巷的破碎巷幫，易片幫，如第 頁圖2所示，為本工作面揭露首條斜交空巷時三角煤破壞及頂板冒漏狀況。

3) 通過數值模擬工具，確定9102工作面推至前需對老空巷道進行超前支護處理，合理的超前支護距離為約50 m，推進至50 m范圍內時前方煤體及巷道圍巖受超前支承壓力影響，會逐漸出現應力性的塑性變形，此后工作面推進至空巷揭露應更加注重支架-圍巖穩定性控制。

3 空巷超前支護方案設計

根據上述研究結果及現場礦壓觀測，對空巷的超前支護方案進行設計，超前支護距離為50 m，支護方案包括頂幫錨桿索支護或木垛加強支護，具體支護方案如下：

圖1 工作面空巷分布狀況示意圖

圖2 揭露空巷時礦壓顯現

根據圖3所示，超前支護方案，頂板支護采用錨桿索協同支護方案，錨索參數為長6 000 mm，鋼絞線直徑17.8 mm，2 400 mm打設一排，每排兩根，間距2 000 mm，每根錨索使用3支超快2360錨固劑；錨桿參數為長2 200 mm的螺紋鋼錨桿，直徑18 mm，1 200 mm打設一排，每排三根，間距分別為800 mm、1 200 mm、1 200 mm、800 mm，每根錨桿各使用一支快速和超快錨固劑。巷道如果出現冒頂，則可根據現場進行打木垛支護。支護參數，如圖3所示。

空巷巷幫支護采用錨桿支護及注漿協同支護方案。巷道左側幫部使用玻璃鋼錨桿支護，參數為1 800 mm×Φ18 mm，排距同頂板為1 200 mm，間距自上而下分別為500 mm、1 000 mm、1 000 mm、500 mm，使用一支超快錨固劑端頭錨固；巷道右幫使用馬麗散注漿加固，注漿孔布置排距1 200 mm，每排兩個上、下注漿孔，間距1 000 mm，孔斜向上10°打設，注漿孔參數3 000 mm×Φ42 mm，漿液成分按照馬麗散和催化劑1∶1的比例配置，漿液按照雙管分別運輸，孔內混合注漿工藝[4]。

圖3 空巷超強支護方案(單位：mm)

4 結論

現場實踐表明，在采用上述超前支護方案后，空巷圍巖位移觀測顯示：在工作面接近空巷的整個觀測期內，頂底板移近量范圍介于80 mm至300 mm，兩幫移近量范圍介于70 mm～500 mm，空巷圍巖發生一定變形，這是礦山壓力顯現的必然結果，但巷道整體處于穩定可控狀態，未發生大范圍的冒頂片幫現象。據工作面推進過第一條空巷的端面煤巖體控制的數據統計顯示，工作面過空巷過程中，煤壁片幫深度主要集中在0 m～0.25 m范圍內，占到88.6%，整體穩定可控；端面煤體冒頂高度主要集中在0 m～0.5 m范圍內，占到87.0%，深度超過0.75 m的冒高占統計總量的4.5%。數據統計結果顯示綜放面過空巷過程中端面冒頂片幫事故得到較好控制，有效保證了工作面支架-圍巖穩定性，對本工作面后續過其他空巷、本礦井及其他類似礦井過空巷有很好的借鑒意義。