三軟煤層回采巷道支護技術研究

王寶童

(山西晉城興唐煤業有限公司，山西 晉城 048000)

近年來，隨著煤礦開采深度的增加，“三軟”煤層巷道越來越多[1]，“三軟”巷道具有呈非對稱分布且頂底板強度低[2]、煤層松軟易垮的特性，表現為頂板、兩幫移近量大，變形速度快，煤柱體支離破碎等，給巷道的支護帶來了極大困難[3]。基于此，本文以古書院煤礦153305工作面回風巷為背景，在分析巷道變形破壞特征的基礎上，提出了架棚和注漿聯合支護方案來控制頂板的下沉量以及兩幫移近量[4]，實踐證明，架棚和注漿聯合支護能夠有效控制圍巖的變形與破壞，保障回采工作的正常進行[5]。

1 工程概況

1533052巷為古書院煤礦153305工作面的回風巷。所采15號煤層平均厚度1.9 m，傾角2～7°，平均埋深為400 m。巷道斷面為矩形，巷道凈寬5 m、凈高3.2 m，垂直應力和最大水平應力分別為10 MPa和14 MPa。本巷道位于1533042巷(已掘)以西，15號煤三盤區膠帶巷、軌道巷、回風巷(已掘)以北，蘭鑫煤礦西翼進風立井以南，工作面上方為9號實體煤。煤層頂、底板情況如表1所示。

表1 煤層頂底板

由于153305工作面頂、底板質軟，節理裂隙發育，破碎嚴重，給工作面的回采帶來巨大困難，嚴重威脅工作面的作業安全。因此，提出采用架棚和注漿聯合支護方案解決采場圍巖控制問題。

2 巷道圍巖變形破壞特征與分析

153305工作面的煤質松軟，頂板為泥巖，節理裂隙發育，底板為砂質泥巖，強度低，屬于三軟煤層。三軟煤層巷道具有如下破壞特征。

1) 巷道變形快，變形總量大，持續時間長。三軟煤層剛開始掘進時，巷道變形速率快，變形持續時間一般為1～2月，有的超過6個月仍不能穩定。巷道施工兩個月后，頂、底板移近量達到1 000 mm以上，巷道需要返修。

2) 原支護方案下的巷道變形嚴重。根據圖1可知，巷道兩幫移近量超過1.2 m；巷道底鼓現象明顯，巷道四周收斂量大。

3) 巷道工作面標高400 m，地應力和構造應力對其不明顯。

4) 初期變形總量大。巷道開挖后，來壓迅速，卸載載荷速度快，導致巷道初期變形速率和初期變形總量大。根據監測資料得巷道初期平均變形速率達35 mm/d，初期變形總量占總變形量的65%。

圖1 巷道變形破壞特征

3 支護參數優化

3.1 原支護方式

1533052回風巷原來采用錨桿錨索聯合支護，如圖2所示。支護參數如下：頂板采用直徑22 mm、長2.6 m的左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，間排距為0.8 m×0.8 m，預緊力大于50 kN；同時布置兩根長6.8 m、直徑17.8 mm，間排距為2 m×1.6 m，預緊力大于100 kN的高強度高延伸率的預應力鋼絞線錨索。煤柱幫錨桿規格和參數同頂板，回采幫采用玻璃鋼錨桿。每根錨桿配1卷樹脂錨固劑，每根錨索配2卷樹脂錨固劑。頂、底板交界處錨桿傾斜15°打設。頂板鋪設規格為2 m×1 m，網格為0.1 m×0.1 m的鋼筋網片，網片之間搭接長度不小于0.2 m，兩幫采用阻燃塑料網片，搭接長度不小于0.2 m。支護示意如圖2所示。

圖2 錨桿錨索聯合支護(mm)

3.2 優化支護方式

針對原有支護方式無法保證巷道圍巖的穩定性，將矩形斷面改為梯形斷面，同時采用架棚和注漿支護。支護方案示意如圖3所示。具體參數如下：選用11號礦用工字鋼、頂梁和棚腿長度分別為4.8 m、3.38 m，相鄰兩棚之間間距為0.6 m，在距腿底1.5 m處，采用直徑為20 mm的圓鋼拉桿連鎖加固；頂部和兩幫用木質背板背緊；巷道頂部和煤柱幫采用網格為50 mm×50 mm的10號菱形鐵絲網護表；回采幫采用尼龍網。支護示意如圖3所示。

圖3 工字鋼支護方案示意(mm)

在采用架棚支護的基礎上，針對圍巖破碎區域進行注漿。注漿方案如圖4所示。在巷道頂板布置三個注漿孔，沿走向方向相鄰兩孔之間的間距為1.2 m，鉆孔直徑為42 mm，鉆孔深度根據巷道圍巖破碎情況確定，注漿壓力選用3 MPa。注漿時，應密切關注注漿壓力，當出現大面積漿液流出時，應換孔注漿或停止注漿。

圖4 注漿孔布置

4 支護效果觀測

巷道表面位移量觀測是判斷巷道穩定性的重要參數。首測點在支護完成后及時布置，以后每隔50 m設置一個測站，共布置四個測站。對架棚和注漿聯合支護后頂板和兩幫的移近量隨時間的變化進行觀測，記錄數據并求其平均值，并和原支護方案進行對比，結果如圖5所示。

圖5 兩種方案巷道圍巖收斂變形對比

由圖5可知，采用架棚和注漿聯合支護后，巷道頂底板移近量和兩幫移近量得到有效控制。剛開始時位移量較大，隨著時間的推移，慢慢趨于穩定。最終兩幫移近量穩定在約270 mm，頂底板移近量穩定在約250 mm。相比較于原方案，頂底板移近量減少了約75%，兩幫移近量減少了約80%。圍巖控制效果良好，保證了開采工作的正常進行。

5 結 語

1) 三軟煤層巷道圍巖具有強流變性和膨脹變形的特征，通過架棚支護和注漿聯合支護可以有效強化三軟煤層巷道圍巖的穩定。

2) 古書院礦153305工作面的實踐證明，采用架棚和注漿聯合支護方案能夠有效控制頂板以及兩幫的變形與破壞，支護效果良好。