孤島工作面回采巷道采動影響控制技術應用

楊大炳

（山西大同煤礦集團有限公司煤峪口礦，山西 大同 037003）

長期以來，煤炭在我國能源方面的依賴遠大于其他各類能源。有關資料表明，目前煤炭仍占據我國能源消費的半壁江山[1-2]。隨著煤炭的需求量逐漸增大，由于工作面接替緊張以及礦井地質條件等限制，出現了孤島工作面開采的問題。孤島工作面普遍存在應力環境復雜、礦壓顯現劇烈、巷道變形量大等現象，導致孤島工作面開采面臨著許多技術難題[3-4]。由于受復雜采動應力影響，孤島工作面超前采動影響區域巷道斷面極易產生嚴重變形。研究表明，孤島工作面超前巷道變形量是掘進時期的5～10 倍。超前范圍巷道的大變形現象妨礙了工作面端頭設備的移動，直接影響到工作面推進速度[5-6]。

為解決孤島工作面回采巷道大變形問題，專家學者進行了大量研究，林峰等[7]研究了孤島工作面采動應力演化特征，提出了錨網索永久支護+頂幫錨桿加強支護+單體柱配合鋼梁臨時支護技術；鄧康宇等[8]分析了孤島工作面采動巷道大變形特征機理，優化設計了單體柱+U型棚聯合支護技術；馮占文等[9]現場測試了孤島工作面采動來壓現象，提出了超前人工放頂技術用于緩解采動壓力。本文以煤峪口礦孤島工作面2605 巷為工程背景，提出適用于煤峪口礦的采動影響控制技術，為煤峪口礦以及其他類似礦井孤島工作面回采巷道支護技術提供借鑒。

1 工程概況

8605 工作面位于井田中部的S2 背斜的北西翼，延伸方向近NE向，開采14-2#煤層，為不穩定煤層，煤層厚度在1.7～3.6 m 之間，平均為2.5 m，煤層中含有夾層，夾層平均厚度為0.8 m，煤層傾角1°～3°，為近水平煤層，無次級褶曲，工作面構造屬I 類簡單型。工作面直接頂為灰色細粒砂巖與頁巖互層結構，厚度在4.12～7.20 m 之間，平均5.22 m，巖性以石英為主，含植物化石；工作面基本頂為灰白色中、細粒砂巖互層結構，厚度在5.20～7.46 m之間，平均6.69 m，巖性以石英為主，含碳質、植物化石，有層理；基本頂上方為14#煤層采空區，14#煤層厚度1.86～2.95 m，與14-2#煤層層間距為12.9～17.8 m，平均15 m；直接底為灰黑色頁巖和中粒砂巖互層結構，巖性以石英為主，含碳質。

8605 工作面北部為8603 工作面（已回采），南部為8607 工作面（已回采），東部為406 盤區軌道、皮帶、回風巷，西部為408 東部盤區巷，屬于孤島工作面。2605 巷為8605 工作面的運輸和進風順槽，長度717 m，為機軌合一巷，與14-2#煤層406 盤區皮帶巷和軌道巷相通，掘進斷面為矩形斷面，尺寸（寬×高）為4.5 m×3.0 m。

2 2605 巷采動控制技術

試驗巷道為孤島工作面回采巷道，巷道掘進時期受工作面采動影響，圍巖較為破碎，在工作面回采期間，受重復采動影響極易產生大變形現象。為保證巷道在回采服務期內，巷道不發生大的變形，斷面尺寸滿足服務要求，根據試驗巷道生產地質條件，2605 巷采動控制技術以主動控制為技術核心，充分發揮巷道圍巖的承載能力，促使支護和圍巖形成統一承載體，提高巷道抗變形能力。

2.1 錨網索帶聯合支護

錨網索帶聯合支護主要構件包括錨桿、錨索、金屬網以及鋼帶，具體參數如圖1所示。

圖1 巷道支護技術參數

（1）錨桿采用規格為直徑20 mm、長度2.0 m的高強左旋螺紋鋼錨桿，頂錨桿間排距0.9 m×1.0 m，幫桿間排距1.0 m×1.0 m，每根錨桿配套蝶形托盤，蝶形托盤規格125 mm×125 mm×12 mm，同時配套1 支CK2340（外側）、1 支Z2360（內側）樹脂錨固劑，預緊扭矩不低于300 N·m，主動錨桿支護可有效強化頂幫破碎圍巖，改善圍巖力學承載性能，促使支護結構與巷道圍巖形成主動承載結構。

（2）錨索采用規格為直徑21.6 mm、長度6.0 m的預應力錨索，頂板錨索間排距1.5 m×2.0 m，每根錨索配套使用2 支CK2340（外側）、2 支Z2360（內側）樹脂錨固劑，同時配套專用的蝶形托盤、錨索鎖具、球形墊圈等構件，錨索預緊力應不低于45 MPa。試驗巷道直接頂為6.69 m 厚的中、細粒砂巖互層結構，為保證錨索錨固的穩定可靠性，設計錨索長度為6.0 m，將錨桿錨固區通過錨索直接錨固在基本頂巖層上，充分發揮基本頂巖層的承載能力。

（3）金屬網為菱形網，采用直徑為4 mm 的鐵絲編制而成，頂網規格為3.6 m×1.2 m，幫網規格為2.8 m×1.2 m。鋪設時網與網的搭接不低于0.2 m，搭接處用鐵絲捆綁，保證連接處的可靠性，金屬網主要用于約束幫到表面碎脹變形，有效避免巷道片幫、冒頂現象。

（4）鋼帶采用3 mm 厚的W鋼帶，頂幫錨桿和錨索均采用W鋼帶連接，促使獨立的錨固控制區域形成整體錨固系統，有效增強護表面積，充分增強錨固控制范圍，進一步促使支護結構形成統一整體承載結構。

2.2 單體支柱超前支護

超前工作面20 m 范圍內采用單體支柱配π型頂梁加強支護，選用DZ35-250/100 單體液壓支柱，最大工作阻力為250 kN，頂梁采用π型梁，根據試驗巷道巷內布置情況，超前支護采用兩排單體液壓支柱，分別安裝在π型梁兩端，π型梁長4.0 m，梁距為1.0 m，安裝的單體液壓支柱設有防倒、防墜裝置，垂直于頂板安裝，初撐力不低于200 kN。

3 巷道礦壓顯現特征分析

現場監測了巷道變形情況，試驗巷道在超前工作面30 m 處開始產生變形，在超前工作面20～30 m范圍內，巷道變形量較小，頂底板累計變形量為46 mm，兩幫累計變形量約35 mm；隨著工作面的不斷推進，巷道變形速度逐漸加快，超前工作面10～20 m 范圍內，圍巖變形速度開始加快，該范圍內頂底板和兩幫累積變形大165 mm、136 mm，但是其處于單體超前穩控支護范圍內，圍巖變形速度均可控；在超前工作面10 m 范圍內，巷道變形速度最大，頂底板累計變形量大354 mm，兩幫累計變形量約298 mm。在工作面回采期間，巷道整體變形均在允許范圍內，圖2給出了巷道變形曲線圖。

圖2 巷道變形曲線

4 結語

針對孤島工作面回采巷道易產生大變形現象，結合煤峪口礦孤島工作面現場地質條件，采用錨索網帶聯合支護技術和單體支柱超前支護技術，該技術采用錨桿、錨索、金屬網和W鋼帶實現初期主動永久支護，同時采用具有一定初撐力的單體支柱配π型頂梁實現臨時加強支護。該技術應用后，有效控制了孤島工作面回采巷道大變形現象，實現了孤島工作面回采巷道圍巖的穩定控制。