S6-11綜放工作面回風巷支護設計優化

劉瑞棟 王 強

（潞安環能股份公司常村煤礦，山西 長治 046102）

隨著礦井開采不斷向深部轉移，巷道穩定性成為礦井的高效安全生產重要部分[1-2]。伴隨著礦井地質條件不斷復雜化，為保證采掘過程中的正常安全生產，巷道支護是否可靠變得尤為關鍵[2-3]。本文基于S6-10工作面實際地質情況，找到巷道支護控制技術的難題，為接續工作面的巷道支護提供借鑒和指導。

1 概況

常村礦主要開采煤層為3#煤，平均埋深約500m，煤層傾角平均5°，賦存穩定，結構簡單，平均厚度為6.53m。煤層之上依次為7.6m的砂質泥巖、4.7m的細砂巖，煤層之下依次為2.8m的砂質泥巖、5.0m的細砂巖。S6-11綜放工作面傾向長度為200m，推進長度為1006m。S6-11回風巷和S6-11采空區的煤柱寬度為20m。如圖1所示。

圖1 工作面布置圖

原S6-10回風巷平巷設計巷道寬度4.0m，高度2.8m，面積11.2m2，采用錨桿索聯合支護，頂板5根Φ20mm、2.0m長錨桿垂直巷道頂板，間距0.8m，排距1m；巷道頂板中間打設一根 錨 索 Φ17.6mm ×7500mm， 排 距 1000mm；巷幫各打設3根Φ20mm×2400mm錨桿，間排距為700mm×1000mm；兩幫中部各打設一根Φ17.6mm×5500mm錨索，排距1000mm，如圖2所示。頂板和兩幫均掛單層10#鉛絲經緯網。

圖2 回風平巷支護平面圖

2 巷道破壞過程分析

一般而言，巷道在掘巷時，頂煤處于壓縮狀態，若不能保證及時有效的支護，巷道頂板將會下沉，并形成網兜狀墜包。而此時上覆巖層的載荷轉移到兩側煤幫之上，造成巷道內兩幫收斂現象明顯，造成片幫和膨出現象。同時，由于底板無支護，在垂直應力影響下發生底鼓現象。

根據S6-10工作面現場實測分析，巷道破壞主要表現為：巷道兩側底角鼓起→巷道兩側頂角下垂→巷道兩幫突出→巷道圍巖整體失穩。

在S6-10工作面回采過程中， S6-10回風巷圍巖變形控制非常差，圍巖變形嚴重，如圖3所示。分析其原因，主要為：

（1）巷道支護結構不合理。S6-10回風平巷約有3.7m的軟弱煤體存在，而錨桿支護不能較好的形成壓縮拱來約束松散的頂煤，,單一錨索懸吊在穩定巖層中，不能形成一個完整的支護體系。

（2）兩幫煤體控制技術方案設計不合理。表現為：① 幫部最上錨桿與頂板距離過大，上幫整體向巷道內位移；② 下幫錨桿與底板距離過大，造成下幫向巷道內發生強烈位移，引起底鼓。

圖3 巷道變形情況

3 支護方案優化

針對S6-10工作面遇到的厚煤層圍巖控制問題，決定采用鋼鉸線預拉力桁架技術，防止巷道頂煤垮落和限制頂板位移變形，如圖4所示。

（1）巷道頂板支護

錨桿支護：采用Ф20mm×2.4m全長錨固左旋螺紋鋼錨桿，每排布置6根，其間排距為700mm×800mm。

錨索支護：采用Ф17.8mm×7.3m的小孔徑鋼絞線錨索，每排布置2根，其間排距2000mm×2400mm。每排的錨索與18號槽鋼連接，布置在兩排錨桿之間。

桁架錨索支護：采用Ф17.8mm×7.3m鋼絞線錨索，每排布置2根，與頂板垂直方向夾角為30°，間排距3500mm×2400mm。同時每排錨索以錨桿支護的M型鋼帶為基底，錨索之間用桁架連接器連接。桁架錨索替代錨桿支護中兩邊角的垂直錨桿。

（2）巷道兩幫支護

錨桿支護：采用Ф20mm×2.4m全長錨固左旋螺紋鋼錨桿，每排布置4根，其間排距為800mm×800mm。

桁架錨索支護：采用Ф17.8mm×7.3m鋼絞線錨索，每排布置2根，與兩幫垂直方向夾角為30°，其間排距2400mm×1600mm。同時每排錨索以錨桿支護的M型鋼帶為基底，錨索之間用桁架連接器連接。桁架錨索替代錨桿支護中兩邊角的垂直錨桿。

圖4 S6-11支護方案

4 現場實測

S6-11回風巷斷面位移觀測采用十字布點法，距工作面120m范圍內布置測點，得到S6-11回風巷頂底板移近量和兩幫移近量隨工作面推進距離變化，如圖5所示。

（1）隨著回采工作面的推進，回風巷超前影響范圍約為110m。

圖5 S6-11回風平巷巷道移進量

（2）在工作面端尾位置巷道的變形量最大，其中頂底板相對移近量最大為120mm，兩幫移近量最大值為150mm。

（3）巷道頂底板在距離工作面0～60m范圍內巷道變形量逐步減緩，在61～110m范圍內整體變形量基本保持不變。

5 結論

S6-11回風巷道采用錨桿支護+小孔徑預應力錨索+桁架錨索新型聯合支護技術，用十字布點法現場實測巷道頂底板相對移近量和兩幫相對移近量，都在巷道變形允許范圍內，符合礦井正常的安全生產需要。