田 宇

（陽煤集團開元公司生產技術部綜采二隊，山西 壽陽045400）

煤礦回采工作面巷道安全的影響因素是多方面的，尤其對于圍巖結構性質復雜的區域，其影響因素更為繁雜。為保障采煤過程安全，對于工作面巷道需采取支護措施[1，2]。圍巖結構復雜的區域，則需要采取高強支護技術。隨著煤礦開采量的不斷增加，使得很多煤礦的采掘面變得更深，這對煤礦安全提出了更高的要求。已經完成開采的巷道，如果不及時采取措施對其進行支護加固，則很有可能出現安全事故，給煤礦企業造成較大的損失。很長一段時間以來我國開采的主要是淺層煤炭資源[3]。因此，對于巷道支護的要求并不是很高，但隨著開采深度的不斷推進，對巷道支護強度要求逐漸提升，人們開始越來越關注高強巷道支護技術。隨著我國對煤礦安全要求的不斷提升，關于高強支護的研究也越來越多，在實踐中應用也越來越廣泛[4，5]。所謂高強支護指的是在充分考慮回采工作面巷道斷面規格尺寸以及附近圍巖結構性質的基礎上設計的具有較高強度的巷道支護方案[6]。本文主要結合具體案例，介紹了一種煤礦回采工作面巷道高強支護方案，本方案在實踐中取得了較好的應用效果，可為其他類似巷道提供經驗借鑒。

1 煤礦回采工作面掘進過程巷道破壞分析

工作面巷道是保障煤礦開采設備以及工作人員通行的重要通道，在實踐中巷道的兩幫、底部與頂部都是容易出現變形問題的區域。一旦出現較大變形，就會對煤礦正常生產過程產生不利影響。在進行煤礦開采時，設備自身的質量以及開采過程中產生的力全部會傳遞到巷道底面，使得巷道底面產生破壞變形。而開采過程會打破巖石原本的受力平衡狀態，使附近圍巖出現受力不均衡的現象，進而對巷道兩側面造成破壞。頂板是最容易出現變形的區域，一旦出現顯著變形，就很有可能會發生采煤冒頂安全事故，進而對煤礦開采過程產生直接影響。巷道頂板之所以容易出現變形問題，原因在于附近圍巖自身重力以及其他位置傳遞到該部位的力全部作用于巷道頂板，如果不采取合適的支護方案，就會導致巷道頂板受力失去平衡，進而造成嚴重的位移變形。

2 煤礦回采工作面情況概述

本文所述的煤礦工作面煤層埋藏深度在397～404 m范圍內，水平標高大小為688～739 m，走向和傾斜長度分別為1 494 m和230 m，巷道截面的規格尺寸為5.0 m×2.8 m。基于相關勘測資料發現，工作面所在區域存在多條斷層，其中有將近1/3的斷層比較嚴重，對煤礦回采過程會產生非常不利的影響。由于存在斷層構造，對巷道圍巖的整體性構成了嚴重威脅，使圍巖結構不連續，相互之間出現錯位。這會在很大程度上削弱圍巖的承載能力，進而威脅煤礦回采工作面的生產安全。斷層構造會導致圍巖產生內應力，且由于斷層結構不均勻，使得不同區域的內應力存在顯著差異。針對煤礦回采工作面存在的圍巖斷層現象，為了保障采煤過程的安全，需要對其采取高強度支護技術。

3 回采工作面巷道高強支護技術研究

在充分考慮圍巖斷裂構造特征的基礎上，提出高強支護技術措施。具體措施包括單體液壓支柱+鋼梁支護、錨桿+金屬網+錨索支護，通過上述兩種支護的強強聯合，實現回采工作面的高強支護。具體的支護方案及相關技術參數如下：

3.1 頂板支護方案及技術參數

頂板通過錨桿進行支護，用到的錨桿為左旋螺紋鋼錨桿。錨桿的規格尺寸為直徑20 mm，長度2 m。每排錨桿之間的距離為0.9 m，每排設計5根錨桿，同時還需要配合使用鋼帶，長度為4.8 m。頂板中通過2根錨索進行支護，分別布置在頂板左右兩側，呈對稱分布，鋼索使用的是鋼絞線，直徑和長度分別為17.8 mm和6.2 m，同時還會用到鋼托盤。

由于巷道圍巖存在斷層構造應力，為了進一步保障工作面安全，還需要采用被動支護措施。根據前期勘察結果發現斷層構造應力的影響范圍大約為10 m。通過單體液壓支柱結合鋼梁的方式對該區域實施支護。所使用的鋼梁長度為4.4 m，每根鋼梁下面設置3根液壓支柱，相臨支柱間的距離為1.7 m，相鄰鋼梁間的距離設置為1 m。對于特殊位置，比如頂板壓力大、出現破碎時，可以適當縮小相鄰鋼梁間的距離，可設置為0.5～0.6 m。使用的單體液壓支柱型號為DWX—2.8 m、DWX—3.15 m、DWX—3.5 m。采用這種支護方式時，為了避免單體液壓支柱出現傾倒現象，需要通過直徑為6 mm的鋼絲繩，對同一鋼梁上的液壓支柱進行串栓，且在端頭通過繩卡子對鋼絲繩進行牢固固定。

3.2 兩幫支護方案及技術參數

煤礦回采工作面巷道兩幫通過錨桿+金屬網的方式進行支護，錨桿同樣使用的是左旋螺紋鋼錨桿，金屬網為菱形。錨桿之間的橫向和縱向距離，全部為0.9 m，每排設計5根錨桿。菱形金屬網的網格規格為5 100 mm×1 100 mm。兩幫位置同樣使用2根錨索，其直徑和長度分別為17.8 mm和6.2 m，呈左右對稱布置，同時需要配合使用鋼托盤。

4 煤礦回采工作面巷道圍巖變形情況監測

4.1 圍巖變形情況監測方案設計

圍巖的變形主要表現為頂板和兩幫的變形，需要對這兩個參數進行監測，測量方案如圖2所示。圖中A點和B點之間的位移情況反映的是頂板變形情況，C點和D點之間的位移情況反映的是兩幫變形情況。在實踐中通過專業的測量工具對圖中各點的位移情況進行測量。沿著巷道方向設置了3個監測點，各個監測點之間的距離為8 m。每間隔3天對3個監測點進行測量，其中認為剛開始監測時各點的位移變形情況全部為0。

4.2 圍巖變形情況監測結果分析

對監測數據進行整理、統計分析，繪制不同監測點頂板和兩幫位移變形曲線，結果如圖3所示。對于1號監測點，不管是頂板位移量還是兩幫位移量，隨著時間推移均出現了增長趨勢。并且剛開始時增長的速度相對較大，達到30 d以后，速度逐漸減緩，最后40 d左右時基本趨于穩定。在平衡狀態下，頂板的位移量達到了209 mm，兩幫的位移量達到了218 mm。對于2號監測點，頂板和兩幫位移變形整體趨勢與1號監測點基本相同，但是在達到平衡狀態時，2號監測點位移變形情況更加嚴重，頂板和兩幫圍巖的最大位移量分別達到了249 mm和266 mm。對于3號監測點，頂板和兩幫的位移變形趨勢與前面兩個監測點的基本相同，達到穩定狀態時，頂板和兩幫最大位移量分別為207 mm和215 mm。

圖2 工作面巷道圍巖變形情況監測方案示意圖

圖3 監測點圍巖變形情況趨勢圖

由圖3可以看出兩幫變形情況與頂板變形情況比較相對較大，這主要是由于圍巖斷層構造對兩幫位置圍巖的影響更為明顯。但在本文設計的高強支護方案作用下，不管是頂板還是兩幫的變形量，在達到一定程度后就不再出現變化，保障了圍巖結構的穩定性，完全在可以控制的范圍內，達到了預期的支護效果，能確保工作面回采過程的安全。

4.3 煤礦回采工作面巷道高強支護方案效果分析

本文設計的回采工作面巷道高強支護方案，能夠保障各錨桿和錨索的受力均衡。在實踐過程中沒有出現錨桿或者錨索由于超過材料屈服強度而導致失穩的問題，整個支護體系非常穩定。基于本方案使得巷道圍巖的受力環境得到顯著優化，實現了巷道頂板和兩幫位移變形情況的有效控制。基于實際的監測結果可以發現，雖然頂板和兩幫部位均出現了一定程度的變形，但是整體的變形相對比較均衡，兩幫部位的變形量略高于頂板的位移變形量。所有監測點在40 d以后變形量基本不會出現變化，達到了穩定狀態。且穩定狀態下頂板和兩幫最大變形量分別只有249 mm和266 mm，完全在可以控制的范圍內，不會對采煤過程產生過大影響。可見，本文設計的高強支護方案是有效的，達到了預期目標，保障了煤礦回采工作面的生產安全，為煤礦企業創造了較好的經濟效益和社會效益。

5 結語

煤礦回采工作面巷道支護是保障煤礦生產安全的重要措施和手段，對于一些特殊區域，采用普通支護方式無法滿足實際使用需要。本文針對工作面巷道圍巖出現斷層構造的情況，采用高強支護方案，具體為“錨桿+金屬網+錨索”、“單柱液壓支架+鋼梁”的聯合支護模式。對本高強支護方案進行測驗發現，巷道頂板和兩幫位移變形情況完全在可以控制的范圍以內，整體呈現出穩定性的特征，保障了回采工作面掘進過程的安全。