無煤柱工作面沿空巷掘進支護優化設計

宋時輪

（潞安集團司馬煤業有限公司,山西 長治 047105）

綜采工作面無煤柱沿空巷在掘進過程中，主要技術難題是對圍巖進行有效控制。由于無煤柱工作面回采過程中需對沿空巷進行切頂卸壓，破壞沿空巷頂板連續承載梁，降低頂板穩定性，同時工作面在回采過程中對沿空巷幫部圍巖產生破壞作用，采用傳統巷道錨桿（索）支護無法滿足巷道支護需求，必須根據實際情況，采取合理有效的支護措施。本文以司馬礦1218 無煤柱工作面沿空巷為例，對巷道初步支護設計主要存在的問題進行分析，并對其進行優化設計。

1 概述

潞安集團司馬煤業有限公司1218 軌道巷位于井田二采區，巷道北側依次為二采區集中回風巷、二采區集中軌道巷、二采區集中膠帶巷及二采區集中猴車巷，南側為1218 工作面未采區，西側為1206 瓦排巷，東側為1218 運巷。

為了提高工作面煤柱回采率，1218 工作面采用無煤柱回采工藝。其中1218 軌道巷為沿空巷，設計長度1700m，巷道設計斷面規格為寬×高=5.5×3.5m。施工巷道沿3#煤層底板掘進，掘進煤層厚度為5.95m，留頂煤厚度為2.5m。二疊系3#煤層賦存穩定，煤厚變異較小，煤層結構較簡單。直接頂為1.7m 的砂質泥巖，基本頂為5.44m 的細砂巖，直接底為0.45m 的泥巖，基本接底為3.75m 的細砂巖和砂質泥巖。

2 巷道原支護設計及問題分析

2.1 巷道原支護設計

2.1.1 頂板支護

（1）原支護設計頂板采用錨桿、錨索支護。頂板采用MSGLW335/20×2000 左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，錨桿屈服強度為240MPa，錨桿采用加長錨固形式，每根錨桿采用一支MS(CKb+Z)23/35 錨固劑以及一支MSZ23/60 錨固劑進行錨固。

（2） 頂 板 每 排 布 置7 根 錨 桿， 排 距 為900mm，間距850mm，靠近巷幫的頂角錨桿安設角度為與垂線成10°角（朝向巷外），中部5 根錨桿與頂板垂直。錨桿外露端安裝一塊M 型鋼帶，鋼帶規格為長×寬=0.45×0.15m。

（3）頂板錨索采用SKL18.9-1/1860-5300mm預應力鋼絞線，錨索抗拉強度為1410MPa，延伸率為4.7%，錨索垂直頂板布置，錨索間排 距 為1600mm×1800mm， 錨 索 配 套 使 用300mm×300mm×16mm 的拱形鋼托盤。

2.1.2 巷幫支護

（1）巷幫采用錨桿及雙向拉伸式塑料網聯合支護，錨桿采用MSGLW335/20×1800 左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，巷幫共計施工三排護幫，錨桿排距為1000mm，間距為900mm，錨桿外露端安裝一塊長度及寬度均為200mm 托板。

（2）雙向拉伸式塑料網網格為40×40mm，網片3000mm×1100mmm，采用搭接方式，使用16#鉛絲雙絲雙扣，隔孔相連，扭結不少于3 圈，搭接長度為100～200mm。

2.2 問題分析

（1）由于1218 軌道為沿空巷，在以往工作面回采過程中沿空巷頂板受工作面回采壓力大，在工作面超前應力區頂板受壓最大，支護設計中頂板錨桿、錨索屈服強度低，在應力作用下錨桿折斷、變形等失效現象嚴重。

（2）由于1218 工作面在無煤柱回采過程中，需對沿空巷進行松動爆破切頂卸壓施工，切頂施工后破壞了原巷道頂板圍巖穩定性，造成巷道頂板承載能力降低，當工作面回采時很容易在切頂縫處形成卸壓區，導致頂板出現破碎現象，而原支護設計未對切頂處頂板進行加強支護。

（3）1218 工作面回采后，1218 軌道巷位于采空后的區段將采用擋矸裝置、冒落巖體進行支撐，支護強度低，且采空區殘余應力向1219 工作面方向傳遞，導致巷道位于1219工作面側巷幫受壓加大，巷幫出現橫向剪切破壞，而原支護設計中巷幫僅采用單錨桿支護，無法控制巷幫片幫、變形現象。

3 巷道圍巖支護設計優化

為了提高1218 工作面回采期間沿空巷圍巖穩定性，保證巷道支護效果，決定對巷道原支護設計進行優化。

3.1 頂板支護優化設計

3.1.1 錨桿支護優化

（1）為了提高錨桿支護屈服強度，優化后頂板錨桿采用長度為2.5m、直徑為22mm 左旋無縱筋螺紋讓壓錨桿，錨桿屈服強度為520MPa，錨桿采用加長錨固方式，每根錨桿配套兩支MS(CKb+Z)23/35 錨固劑以及一支MSZ23/60 錨固劑進行錨固，錨固力不低于210kN。

（2）為了防止頂板產生蠕動變形，錨桿錨固端安裝12-13TB 型單泡讓壓管，最大讓壓距離為0.4m。為了減少頂板錨桿支護數量以及降低鉆孔擾動破壞，優化后巷道頂板每排布置6 根錨桿，錨桿排距為1.2m，間距為1.0m。如圖1 所示。

（3）由于原頂板錨桿支護屬于點性支護方式，為了提高頂板支護斷面，決定頂板同一排錨桿外露端安裝一根長度為4.8m、寬度為0.28m“W”型鋼帶。

圖1 1218 軌道巷優化后支護斷面示意圖

3.1.2 錨索支護優化

（1）為了提高切頂側巷道頂板穩定性，對巷道頂板施工走向錨索加強支護。錨索采用規格為SKL21.8-1/1860-9300mm 大變形恒阻錨索，錨索抗拉強度為2100MPa，延伸率為8.4%。位于1218 工作面側頂板錨索間距×排距=1.3×1.8m，第一根錨索距切頂線間距為0.5m。錨索施工后，走向相鄰兩根錨索安裝一根長度為2.0m、寬度為0.18m 槽鋼，兩排槽鋼邁步式布置。如圖2 所示。

（2）位于1219 工作面側頂板錨索間距×排距=1.3×2.0m，橫向兩根錨索安裝一根雙鋼筋托梁，規格為SB-Φ16-1500-220mm。巷道掘進過程中，回采側兩根錨索與煤柱側兩根錨索交替施工。

3.2 巷幫支護優化設計

（1）優化后巷幫錨桿采用長度為2.0m、直徑為20mm玻璃鋼錨桿，巷幫共計布置三排，并采用“五花”布置方式。錨桿間排距為1.2m，第一排距頂板間距為0.5m。如圖2 所示。

（2）為了防止1218 工作面回采過程中，受回采壓力影響造成1219 工作面側巷幫出現片幫、位移等現象，決定對1219 工作面側巷幫錨桿安裝邁步式梯形梁。梯形梁主要由聚氨酯材料制成，該化學材料具有韌性大、重量輕等優點。梯形梁長度為1.5m，寬度為0.5m，在梯形梁與錨桿之間采用玻璃鋼托板預緊。

圖2 1218 軌道巷頂板、巷幫支護平面示意圖

4 結束語

目前工作面已經回采420m，工作面在回采過程中通過對沿空巷圍巖變形情況觀察發現：

（1）1218 軌道巷支護優化后，提高了巷道圍巖穩定性。工作面初次來壓期間，在工作面前方30m 范圍內巷道圍巖受壓變形現象嚴重，頂板最大下沉量為0.24m，兩幫移近量為0.31m，但未出現頂板破碎及錨桿（索）失效現象。

（2）在工作面正常回采期間超前應力區巷道圍巖相對穩定，位于切頂線附近頂板下沉現象得到有效控制，最大下沉量為0.12m，位于1219 工作面側巷幫未出現片幫、大變形現象。

（3）1218 軌道巷支護優化后，為后期無煤柱工作面安全高效回采奠定了基礎，減少了后期巷道二次維護成本費用。