松軟煤層孤島采煤工作面回采巷道超前支護技術的研究

王培政

（山西焦煤汾西礦業南關煤業，山西 靈石 031304）

引言

隨著采深增加，回采巷道支護受到圍巖應力影響較為明顯。特別是開采松軟煤層的孤島工作面回采時，由于采面三面均為采空區，圍巖應力相對集中，巷道容易出現較大變形，從而給煤炭的運輸、采面正常通風等帶來影響[1-2]。現階段常用的回采巷道超前支護方法有單體+工字鋼組成的抬棚支護、錨網索注漿加固、U型鋼組合梁等方式，但是由于孤島工作面圍巖應力集中以及圍巖松軟等，導致回采巷道超前支護段圍巖控制困難。因此，如何降低采動動壓影響，并針對性進行回采巷道超前支護成為孤島工作面煤炭回采時需要重點解決的問題[3-4]。為此，文中依據以往研究成果，提出采用超前支架支護方式來控制回采巷道變形，為松軟煤層孤島工作面回采創造了良好條件。

1 工程概況

山西某礦35011 綜采工作面為3 采區最后一工作面，采面除去北側為采區集中運輸、軌道巷外，其余三個方向均為采空區。35011 綜采工作面設計推進長度為1 200 m，斜長為158 m，開采的5 號煤層厚度平均3.5 m，傾角15°，煤層硬度0.4～0.7，煤層賦存穩定，構造不發育。5 號煤層直接頂、直接底均為泥巖、砂質泥巖，平均厚度分別為1.5 m、1.7 m，泥巖以及砂質泥巖抗壓強度均在30 MPa 以內，為軟巖巖層。基本頂以及基本底均為粉砂巖，較為堅硬。

35011 巷道沿著煤層底板掘進，斷面為梯形，采用工字鋼+錨桿（索）+錨網聯合支護技術，具體支護斷面見圖1 所示。巷道支護用的工字鋼頂梁長度為4.4 m，上、下幫腿長度分別為4.0 m、2.9 m。以往回采巷道超前采面20 m 采用單體進行加強支護，但是受到煤層以及頂底板巖層松軟影響，回采巷道超前加固段圍巖變形較為明顯，給巷道正常使用帶來影響。

圖1 回采巷道支護示意圖（單位：mm）

2 超前支架支護技術的應用

超前支護采用的超前支架型號為ZQL2×5000/21/40，一組兩架，支撐高度在2.1～4.0 m，中心距在3.1 m，移架步距為1.7 m。支架工作阻力、初撐力分別為40.6 MPa、31.5 MPa，對地比壓為2.2 MPa。

35011 回采巷道超前支護采用液壓支架配合單體（穿柱鞋）、鉸接梁進行支護，沿著巷道走向方向布置2 排，長度均為70 m。其中在采面前方30 m 范圍內采用4 組型號ZQL2×5000/21/40 液壓支架進行支護，具體超前支架布置見下頁圖2。

圖2 超前支架布置示意圖（單位：mm）

由于超前支架規格占用面積相對較大，為了便于移架，在采面前方35～40 m（即超前支架前方5 m以外）對巷道斷面進行刷擴，并對刷擴后的巷道進行套棚支護。巷道刷擴寬度為1 000 mm，套棚采用的工字鋼梁長為2 000 mm，并與原有的工字鋼間搭接1 000 mm。刷擴有的巷道頂梁均勻布置有3 根支撐，下幫采用長度2.7 m的工字鋼作為棚腿。在刷擴處距離下幫600 mm 位置布置一道錨索托梁，錨索規格為Φ21.6 mm×8 000 mm 鋼絞線，間排距均為1 400 mm。

3 超前支護效果分析

3.1 技術效果分析

采用超前支架對回采巷道進行超前支護后，巷道支護強度較原采用的單體支護方式提升1.75 倍以上，巷道斷面收縮率降幅達到80%以上，有效降低了巷道后續修整工作量，同時作業人員勞動強度也明顯降低。35011 工作面原采用巷道修復人員由以往的34 人降低至20 人，有效解決了孤島工作面回采巷道超前支護面臨的動壓顯著影響問題。采用的超前支架移架較為方便[5-6]，每次移架在1 h 內即可完成移架，同時通過超前支架與采面端頭支架相互配合，無需采用托棚單體支護方式即可實現對采面兩側端頭支護，提高了采面端頭位置煤炭回收率。

3.2 圍巖控制效果

在35011 工作面回采巷道采取原超前支護方式時，受到巷道圍巖應力集中以及巷道圍巖強度較低影響，回采巷道巷幫以及底板變形嚴重，部分區域巷幫棚腿出現脫口變形，嚴重影響回采巷道正常的通風、行人以及運輸工作。在35011 工作面回采巷道采用ZQL2×5000/21/40 支架支護后，回采巷道斷面得以明顯控制，取得較為顯著的巷道支護效果，具體超前支架使用前后巷道圍巖變形以及煤炭回采統計結果見表1。

表1 超前支架使用前后巷道圍巖變形以及煤炭回采統計結果

從表1 看出，采面回采巷道采用超前支架支架支護后，巷道巷幫、底板變形量得以有效控制，巷道最大底鼓量由使用前的680 mm 降低至102 mm，降幅達到85%；巷幫變形量由使用前的1 650 mm 降低至230 mm，降幅達到86.1%，取得較為明顯的圍巖控制效果。同時由于回采巷道圍巖變形得以明顯控制，采面月推進進尺也由60 m 提升至80 m，煤炭產量增加至8.0 萬t/月，實現了煤炭高效生產。

4 結論

提出將超前支護支架（ZQL2×5000/21/40）應用到回采巷道超前支護中，從而強化采面前方30 m 范圍的支護強度。現場應用后，采面回采巷道超前支護段變形量較應用前顯著降低，巷幫、底板變形量分別控制在230 mm、102 mm 以內，采面煤炭產量由5.2 萬t/月提升至8.0 萬t/月，取得了較好的應用效果。