202 綜放工作面運輸順槽架棚注漿聯合支護技術研究

李育兵

（晉城市陽城縣陽泰集團晶鑫煤業股份有限公司，山西 陽城 048100）

引言

某礦主采河東煤田2 號優質主焦煤，該礦井田內的2 號煤層均由于早年“以掘代采”的小煤窯生產方式造成了大面積不規則采空區的存在，采空區內分布著同樣不規則的殘留煤體，給下分層煤體的回采造成了極大的困難。因此，針對2 號煤頂分層破壞區下回采巷道進行圍巖控制技術研究，為2 號煤層下分層回采巷道提供技術可行、使用可靠、經濟合理的支護方式，為2 號煤層安全高效開采提供技術支撐。

1 202 綜放工作面工程地質情況

202 綜放工作面位于該礦一采區內，東鄰保安煤柱，西側為下山回風巷道，南鄰201 綜放工作面（已回采），北側為實體煤。地面標高903～981 m，井下標高713～744m，工作面東西走向可采長度1479m，南北傾斜長度128 m，可采面積189 312 m2，可采儲量1 354 527.4 t，工作面服務年限為17.2 個月。202綜放工作面采用走向長壁后退式采煤法，綜采放頂煤工藝，全部垮落法管理頂板。采高2.5 m，放煤2.8 m，循環進度0.6 m。

工作面所采煤層屬2 號強黏性瘦煤，上分層2 m范圍內大部分已采空，局部有煤柱，剩余平均可采厚度為5.3 m。該區域煤層賦存穩定，走向NE50°，傾向SW40°，傾角15°，屬緩傾斜煤層。煤層呈層狀，水平層理，有顯著連續性，變化不大，屬穩定煤層，夾矸0.2～0.4 m，節理發育，硬度f=1.7～2.4，對開采無太大影響。

工作面直接頂：泥巖、粉砂巖；灰黑色、致密塊狀、含少量植物化石碎片、少量砂質條帶，一般為1～2 m。老頂：細粉砂巖、中砂巖；鈣質膠結成分以石英為主，含菱鐵礦結核，一般為3～4 m。直接底：泥巖；黑色、泥質結構、水平層理。老底：粉砂巖；灰黑色、泥鈣質膠結、貝殼狀斷口。

2 202 綜放工作面順槽支護方案

2.1 架棚支護

2.1.1 巷道尺寸

受2 號煤上分層破碎頂板的影響，采用錨桿錨索等主動支護已不現實，只能采用金屬支架等被動支護，同時受巷道壓力影響，巷道斷面不能過大，在結合工人體能、井下運輸條件、支護材料強度、價格等條件影響，決定選用工字鋼支護。

1）巷道高度應滿足運輸綜采支架、安裝綜采破碎機、轉載機皮帶機等要求，同時滿足回采時電氣列車設備高度要求，巷道高度過高頂板易垮落，引起上分層漏頂，故巷道凈高取2.6 m。

2）順槽巷道兩幫受水平壓力影響，不易過寬，同時必須滿足《煤礦安全規程》第90 條規定[1-2]，人行道寬1 m，巷道非行人側寬0.5 m，巷道內電氣列車最寬部分為1.4 m，選用1 m 皮帶，皮帶架寬為1.3 m，皮帶與電氣列車間距0.3 m，合計4.5 m，巷道下口寬4.5 m。

3）202 綜放工作面兩順槽均沿2 號煤層底板傾向布置。工作面運輸、回風順槽斷面形狀為梯形；上寬3.7 m，下寬4.5 m，凈高2.6 m，斷面為10.66 m2；支護形式為工字鋼支護，選用12 號礦用工字鋼。運輸順槽擔負工作面運煤任務，兼做工作面進風巷，回風順槽擔負該工作面回風任務、行人、兼做運料通道。

4）順槽臨時支護采用前探梁支護方式，將3 根3.6 m 長的槽鋼，每根槽鋼上各連接3 個正方形槽鋼卡（15 cm×15 cm），并固定在工作面架棚頂梁下面，完成一個循環工作后，松開固定前探梁卡子的卡進裝置，將前探梁向工作面推出，前探梁與頂板之間用木板、楔子背實，在前探梁掩護之下進行出矸、支護等工作。

2.1.2 支護參數

層位：沿2 號煤層底板掘進。

斷面形式：梯形。

斷面尺寸：頂寬3 700 mm、底寬4 500 mm、巷高2 600 mm。

支護方式：架棚支護。

梯形棚：頂梁長4 000 mm，棚腿長2 650 mm，在頂梁與棚腿搭接處焊接擋塊，梯形棚采用12 號工字鋼，兩架棚為一組，對棚支護，雙梁雙腿，棚距700 mm。

金屬網：采用12 號鐵絲，長8 m、寬1.2 m 的金屬網鋪滿巷道頂板。

背板：巷道兩幫采用木背板背實，背板長1m、寬20 cm、厚3 cm，每隔0.65 m 平鋪在工字鋼梁上。

撐桿：棚架之間采用長0.6 m、厚5 cm 的木撐桿，每隔0.7 m 撐在架棚之間，距梁頭下10 cm 和棚架腿處都采用木撐桿，木撐桿共計8 個。

拉桿：棚架聯鎖采用長3 m、厚4 cm 的木拉桿，距底板1.5 m 用木拉桿對棚架進行連鎖，使棚架形成一體。

地梁地錨：在架棚下寬4.5 m 的架腿處，采用長2.6 m 的12 號工字鋼做為地梁和長40 cm、直徑3 cm 鋼釘作為地錨，對架棚的架腿進行固定。

202 綜放工作面順槽支護斷面如圖1 所示[3]。

巷道壓力明顯地段，采用“一梁三柱”支護，工字鋼梁長2.65 m，腿為2.65 m 成一條直線在巷道中間距幫1.8 m 處支護，對冒頂、過空、頂板壓力顯現地段采用排架密集支護。

2.1.3 支護工藝

每循環掘進完成后，先敲幫問頂把活煤（矸）打掉，架設前探梁臨時支護，臨時支護前探梁與頂板之間用木板、楔子背實，在前探梁掩護之下進行出矸、掏柱窩。支護棚腿時，兩人將棚腿抬到工作面，放到挖好的柱窩內，兩人扶住棚腿，然后兩人利用1.3 m平板高梯，將棚梁放到棚腿的肩窩里（先將棚梁一端支設進棚腿肩窩，支設穩定后，再將另一端支設到位），支護工將金屬網鋪設在棚架的頂板和兩幫，再由班組長看中線和腰線，符合要求后最后用木楔固定支架，并用背板背實、塞緊，保證棚架穩定可靠。嚴禁空頂空幫。

在距工作面100 m 處設臨時材料存放點，并掛牌管理，在存放備用棚架、單體住、木楔、金屬網、木拉桿和其他所需材料，棚架支護規格與巷道支護規格一致，數量不得少于10 組，單體柱數量不得少于4 根。拉桿不少于20 根，背板和木楔不少于1 m3，金屬網不少于5 卷，金屬臨時支護數量不少于2 套。

2.2 注漿加固

圖1 架棚支護示意圖（單位：mm）

對于掘進工作面遇到頂板破碎、煤層松軟等情況時，需采取注漿方式對巷道圍巖進行加固。在巷道頂板碎煤及兩幫布置注漿管、采用垣曲宏遠生產宇固寧化學加固材料。對巷道頂板破碎帶進行注漿加固，提高頂板圍巖整體承壓能力，使破碎頂板形成一個整體，防止巷道在掘進過程中出現冒頂事故的發生。加固注漿完成后使頂板形成一個完全密閉的實體，確保掘進速度和人員安全。

2.2.1 注漿管的布置方式

孔距為0.6 m，布孔扇型布置，鉆孔孔徑Φ35 mm，孔深20 m，注漿管長20 m，掘進工作面頂板化學材料加固如圖2 所示，布孔參數可根據具體工程地質條件進行調整[4-5]。

圖2 掘進工作面頂板化學材料加固示意圖

2.2.2 注漿方式

注漿順序按孔號排列順序進行，先注兩側孔，完成后再注中間孔（根據注漿段長依次按序施工），在注漿孔全部注漿完成后，進行加密注漿孔注漿（根據注漿段長依次按序施工），加固漿液采用純壓式注漿一次性完成。

3 礦壓觀測

在工作面回采過程中，在巷道頂板及兩幫布置位移觀測點，對巷道頂板及兩幫圍巖變形量進行觀測，繪制如圖3、圖4 所示圍巖變形曲線。

圖3 巷道頂板下沉曲線

圖4 巷道兩幫位移曲線

由圖3 可知，距離回采工作面25 m 范圍外，巷道頂板下沉量基本維持在40 mm 左右，隨著工作面的推進，巷道頂板下沉量開始逐步增加，直至工作面推進至該位置，巷道頂板下沉量為70 mm 左右。

由圖4 知，巷道兩幫在距離工作面10 m 左右時，圍巖變形量呈現逐步增大趨勢，由于受動壓影響，回采幫圍巖變形量大于實體煤幫，直至工作面推進至該位置時，回采幫和實體煤幫圍巖水平位移量分別為45 mm、41 mm，兩幫累計移近量為86 mm。頂板及兩幫圍巖變形量均較小，采用梯形鋼棚支護方式，有效控制了巷道圍巖變形。

4 結論

頂分層破壞區下回采巷道圍巖控制主要采取被動的棚式支護+注漿加固的方式，202 綜放工作面運輸順槽回采過程中，巷道頂板下沉量為70 mm 左右，回采幫和實體煤幫圍巖水平位移量分別為45 mm、41 mm，兩幫累計移近量為86 mm。頂板及兩幫圍巖變形量均較小，可見采用梯形鋼棚支護方式可有效控制巷道圍巖變形。