18104工作面回撤通道支護設計應用

馮耀文, 孫國強

(1.山西王家嶺煤業有限公司，山西 忻州 036600；2.山西煤炭運銷集團科學技術研究有限公司，山西 太原 030006)

1 概述

山西王家嶺煤業有限公司18104工作面回撤通道布置在采區南部，回撤通道東部為18102采空區，南部為18104采空區，西部為18106工作面，北部為集中大巷。

18104工作面回撤通道總長度為300 m，巷道從工作面運輸順槽80 m里程牌處開口向回風順槽貫通施工，18104工作面回撤通道寬度為5.0 m，高度為4.0 m，回撤通道破4#煤層底板進行掘進，留頂煤厚度為2.0 m，煤層穩定性相對較好，煤層內含多層泥巖夾層；4 #煤層頂板情況如下：1) 直接頂：主要以泥巖、砂巖混合巖層為主，厚度為3.9，巖體單軸抗壓強度為42 MPa，巖體膠結性穩定；2) 基本頂：主要以砂質泥巖、中粒砂巖為主，平均厚度為15 m，巖體單軸抗壓強度為62 MPa,巖體穩定性好[1-3]。

截止目前，18104工作面即將回采到位，距停采線不足50 m，為了保證回撤通道施工安全，提高回撤通道圍巖穩定性，決定對回撤通道圍巖應力進行對比分析，并提出合理有效的支護設計。

2 18104回撤通道附近巖體結構觀察分析

1) 圍巖觀察方案：為了詳細了解18104回撤通道頂板20 m范圍內巖體巖性情況，決定采用孔壁觀察法進行頂板巖層分布情況和結構觀測。由于18104工作面正處于回采階段不利于測點布置，而18103工作面與18104工作面兩翼布置，兩個工作面回撤通道間距為200 m，兩個工作面回撤通道附近巖體巖性基本相同，所以決定在18103回撤通道附近布置3個測點，如圖1所示。每個測點布置一個窺視孔，窺視孔與頂板垂直布置，孔深20 m，直徑為62 mm，窺視孔施工完后采用直徑為30 mm水管對孔壁進行沖洗，保證后期孔壁巖體窺視效果。

圖1 頂板巖體窺視鉆孔布置示意圖

2) 測點布置：第一個測點布置在18101輔運順槽230 m處，第二、第三測點布置在18103工作面輔運順槽450 m和540 m處，所有測點窺視孔布置在巷道頂板中部，為了保證后期頂板窺視施工安全，對測點及其附近頂板應采用支設單體液壓支柱、安裝梯子梁進行加強支護。

3) 觀察結果分析：窺視孔施工完后采用ZKXG30K窺視儀進行鉆孔壁圍巖觀察，通過對3個鉆孔窺視觀察分析發現，18104回撤通道往上2.0 m范圍內主要為4 #煤層，2.0 m～4.2 m范圍內為泥巖，中部含有一層砂質泥巖；在4.2 m～8.1 m范圍內為頁巖、砂巖互層為主，在不同巖體膠結面附近出現局部裂隙現象；在8.1m～19.2m范圍內為中粒砂巖，在此段范圍內孔壁完整圓滑，無破碎現象，穩定性較好；在19.2 m～20.2 m范圍內為細砂巖該段巖層完整，如圖2所示

圖2 測點頂板巖體結構窺視圖

3 18104回撤通道聯合支護設計

通過對18104回撤通道頂板巖體觀察發現，在頂板0 m～4.2 m范圍內為重點支護區域，該范圍內可采用大直徑(長度)均讓壓錨桿進行支護，4.2 m～8.1 m為砂質泥巖，巖體單軸抗壓強度為62 MPa，且該區域裂隙發育低，巖體整體穩定性較好，該區域可采用恒阻讓壓錨索進行支護。

3.1 支護設計方案

3.1.1 均讓壓大錨桿支護

1) 均讓壓大錨桿支護原理：由于18104回撤通道頂煤厚度為4.2 m，巷道在開挖前4 #煤層單軸抗壓強度介于25.3 MPa～29 MPa之間，巷道開挖后受應力影響，4 #煤層局部裂隙發育，單軸抗壓強度降低，平均為19 MPa，穩定性相對較低，會出現蠕動變形現象，傳統剛性錨桿讓壓效果差、支護長度不足，導致錨桿支護后錨固失效、破斷現象嚴重；而均讓壓大錨桿支護增加了原支護體長度及直徑，提高錨桿屈服強度，大大提高了錨桿錨固效果，同時，該支護下端安裝讓壓機構，當頂板來壓發生蠕動變形時，支護體可適應頂板變形現象，達到耦合支護作用[4-5]。

2) 支護結構：均讓壓大錨桿支護主要由支護桿體、蛇形單泡讓壓件、承載機構等部分組成，支護桿體主要采用長度為3.0 m，直徑為28 mm左旋無縱筋高錳鋼錨桿，錨桿屈服強度為322 MPa,破斷力為420 kN，延展率為5%；蛇形單泡讓壓件最大讓壓長度為0.3 m；承載機構主要采用“JW”型礦用鋼帶，鋼帶長度為4.8 m,寬度為0.32 m，厚度為4 mm，鋼帶上均勻焊制5個長方孔，孔中心間距為1.0 m，如圖3所示。

圖3 18104回撤通道均讓壓錨桿(索)支護平面示意圖(mm)

3) 支護施工工藝： a) 首先在巷道頂板施工一排支護鉆孔，鉆孔直徑為35 mm，深度為2.8 m，鉆孔垂直頂板布置，鉆孔中心水平線與巷道兩幫垂直； b) 支護鉆孔施工完后對鉆孔內依次注入錨固劑進行錨固(K2360和Z2360各一支)，設計錨固力150 kN，預緊扭矩不低于250 N.m； c) 錨桿安裝，其外露段依次安裝讓壓機構、“JW”型鋼帶、螺母并進行預緊。

3.1.2 恒阻錨索支護

1) 恒阻錨索支護結構：恒阻錨索支護主要由恒阻錨索、梯形梁、鳥窩雙泡讓壓件等部分組成；恒阻錨索采用直徑為21.8 mm、長度為6.5 m的19股鋼絞線，錨索設計屈服強度為540 MPa,破斷力為860 kN，延展率為32%；梯形梁長度為4.0 m，寬度為0.4 m，主要由若干根直徑為16 mm圓鋼焊接而成，鳥窩雙泡讓壓件最大讓壓行程為0.5 m。

2) 支護工藝： a) 首先在巷道頂板相鄰兩排均讓壓錨桿之間施工一排錨索鉆孔，鉆孔布置間距為1.8 m，排距為3.0 m，鉆孔深度為6.2 m，直徑為30 mm； b) 鉆孔施工完后對鉆孔內進行錨固恒阻錨索，每個鉆孔3支錨固劑，錨固力為320 kN； c) 同一排錨索安裝后對其外露端安裝一根梯形梁、讓壓機構，并采用鎖具進行預緊，預緊力不得低于370 kN。

3.2 支護效果分析

18104回撤通道施工到位后，在回撤通道頂板每隔50 m安裝一臺GWL150(A)型數顯離層儀進行頂板位移量觀察分析，該離層儀深部固定點安裝在7.0 m處，淺部固定點安裝在3.5 m處，通過1個月現場觀察發現：

巷道掘進后在0 d～9 d范圍內頂板出現大蠕動變形現象，頂板下沉量相對較大，達0.23 m，下沉區段位于頂板2.4 m～3.2 m范圍內，頂板下沉后主要表現在巷道中部下沉，兩側彎曲，但未破壞頂板整體承載結構；在9 d～21 d范圍內錨桿(索)起到主動支護作用，頂板蠕動變形現象降低，下沉量為0.04 m，在21 d～30 d范圍內錨桿(索)與頂板實現了讓壓耦合支護作用，頂板下沉量趨于零，在此期間頂板錨桿、錨索未出現斷裂、錨固失效現象，頂板錨桿(索)支護滿足巷道支護需求。

4 結語

王家嶺煤礦通過18104回撤通道附近頂板巖體結構穩定性情況進行觀察分析，提出了均讓壓大錨桿(索)聯合支護設計，通過實際應用效果來看，該支護設計滿足應力區回撤通道支護需求，避免了支護盲目性，降低了支護成本費用，簡化了支護工序，為類似條件下掘進巷道頂板支護提供了實踐依據。