構造殘余應力區巷道支護優化

王 強

（山西長平煤業有限責任公司 山西 晉城 048000）

5303底抽巷沿K7底界面作為巷道頂板掘進，距3號煤底板平均厚度約為10 m，北部為五盤區大巷（正在布置），南部為5308工作面（尚未布置），東部為5302工作面（正在布置），西部為5304工作面（尚未布置）。

5303底抽巷設計長度為1 882 m，斷面規格為寬×高=4.2 m×4.0 m，巷道以K7底界面為頂板進行掘進，施工過程中嚴格以地測部現場標定中線施工。預計巷道坡度為0°~10°，以激光中線控制水平掘進方向，掘進期間在每300~360 m左右的低洼處施工一個水倉。

5303底抽巷采用綜合機械化掘進工藝，截至2019年4月巷道已掘進820 m。通過現場觀察發現，巷道掘進至800 m處時巷道頂板出現局部破碎，位于巷道進向左側肩角的煤柱預留難度大且巷幫出現收縮現象，當巷道掘進至820 m處時頂板大面積破碎且局部肩角煤柱出現垮落現象。通過鉆探發現位于巷道西部45 m處存在一條F7大斷層，斷層走向與巷道走向平行，斷層對巷道影響長度預計為51 m，為了保證巷道安全且快速過斷層應力區，分析了原支護主要存在的問題，并對原支護進行了優化。

1 5303底抽巷原支護設計存在的問題

1.1 原支護設計

1.1.1 頂板支護

5303底抽巷最初對頂板的支護設計采用聯合支護的方式，主要包含錨索、鋼帶、錨桿及金屬網等配件。頂板使用的錨桿為左旋螺紋鋼錨桿，錨桿的長度與直徑分別為2.5 m、22 mm，施工人員在頂板的每排安裝5根錨桿，相鄰錨桿的距離為0.9 m，兩排錨桿的距離為1.0 m，巷道頂板使用的鋼帶與錨桿相互配合安裝，鋼帶的長寬分別為4.2 m、150 mm。根據巷道的規格錨索采用預應力鋼絞線，鋼絞線的長度設計為5.3 m，施工人員在頂板的每排安裝2根，相鄰鋼絞線的距離為3.0 m，兩排鋼絞線的距離為3 m，使用的棱形金屬網長寬分別為4.5 m、1.2 m，金屬網網格大小為50 mm。相鄰金屬網之間要進行搭接，搭接距離不得低于0.2 m。

1.1.2 護幫支護

5303底抽巷原支護設計時采用單錨桿支護，主要配件有鋼帶、錨桿及金屬網。護幫使用的錨桿為左旋螺紋鋼錨桿，錨桿的長度與直徑分別為2.0 m、22 mm，由4根錨桿組成一排，相鄰錨桿的距離為0.9 m，兩排相鄰錨桿的距離為1.0 m，在頂板下方0.5 m處的位置施工第一根錨桿，使用的鋼帶與錨桿相互配合安裝，鋼帶的長寬分別為0.45 m、0.28 m。

1.2 原支護方式存在的弊端

1）根據地質資料顯示，5303底抽巷頂板煤質為碳質泥巖，這種煤質易導致巖石層與煤層間無法穩定地膠結在一起，因此在工作面通過巷道構造應力區時在頂板的位置施工了一排離層鉆，但是通過離層鉆發現巷道在斷層處的頂板離層現象比較嚴重。由于巷道設計之初使用的錨桿長僅為2.5 m，此時錨桿的錨固段恰好處于煤層中，錨桿無法對頂板起到較好的懸吊作用，支護效果差。

2）巷道在通過構造應力區時，斷層附近的三角煤柱出現了較嚴重的下沉，尤其是斷層側頂板與煤壁中間的頂板漏頂現象嚴重，而原設計未對該處的頂板進行合理有效支護，使得工作面在進入此區域后無法對該處的頂板進行有效支護，阻礙了工作面的正常推進。

3）巷道在通過構造應力區時，斷層附近的側巷幫也出現了破碎區域，甚至出現煤壁大面積片幫現象，最大片幫的長度達到1.0 m，嚴重威脅到施工人員的生命安全，而原設計未對該處的護幫進行合理有效支護。

2 構造應力區巷道圍巖支護優化

2.1 巷道頂板支護優化

1）當掘進工作面推進至斷層區域時，采用長度為4.0 m的錨索代替原來的錨桿，采用2支MSC23/60型、1支MSCK23/35型的錨固劑進行錨固，確保錨索的錨固端位于頂板巖石層內，增加錨索對頂板的懸吊效果。相鄰錨索的距離為0.9 m，兩排相鄰錨索的距離為1.0 m，同一排錨索外露端安裝一根長度為3.2 m的“JW”型鋼帶。

2）優化后的頂板錨索采用長度為8.3 m、直徑為21.8 mm的預應力鋼絞線，每排安裝3根錨索，相鄰錨索的距離為1.8 m，兩排相鄰錨索的距離為2.0 m，使用的棱形金屬網長寬分別為6 m、1.2 m。斷層區域破碎嚴重的側巷幫可以根據破碎情況將金屬網延伸。

2.2 巷道三角煤柱支護優化

為了提高巷道三角煤柱穩定性，決定對巷道肩角處安裝“L”型鋼帶及角錨索。

1）“L”型鋼帶長短邊的長度分別為2.0 m、1.5 m，并在長短邊施工兩個圓孔，孔徑設計為25 mm，在巷道的頂板位置安裝短邊，并在巷道斷層區域的側巷幫安裝長邊，之后再使用錨桿對鋼帶進行固定。

2）角錨索主要施工在頂板與巷幫的夾角位置，根據巷道破碎情況，至少采用長度4.0 m的角錨索才能起到較好的懸吊作用，相鄰角錨索的距離為1.0 m，待角錨索安裝完畢后采用長為0.6 m的鋼梁對角錨索進行預緊。

2.3 巷幫支護優化

為了降低應力區側巷幫的收縮量，決定對應力區側巷幫安裝T型鋼棚，以避免巷幫出現片幫現象。

1）為了確保巷道在掘進時破碎區域的側巷幫不發生大面積片幫，施工人員需在該區域安裝若干架“T”鋼棚，相鄰鋼棚的距離為1.0 m，并將頂梁架設在相鄰兩架鋼棚之間。

2）在鋼棚安裝完畢后，為了確保鋼棚能對巷幫提供有效支護，施工人員還需在鋼棚與巷幫加裝水泥背板。水泥背板的長寬分別是1.2 m、0.3 m，填充的水泥背板要與煤壁緊密貼實，支護優化斷面如圖1所示。

圖1 5303底抽巷構造殘余應力區圍巖支護優化斷面示意圖（未標單位：mm）

3 結論

截至2019年4月22日5303巷已掘進870 m，巷道完全過F7斷層殘余應力區，通過對殘余應力區巷道圍巖支護進行優化，取得了顯著應用成效。

1）對應力區巷道頂板的傳統錨桿支護進行優化為錨索支護后，巷道在后期掘進過程中有效避免了頂板破碎現象的發生，頂板未出現冒落，防止了應力區出現巷道頂板支護失效的現象。

2）對巷道肩角煤柱安裝L型鋼帶后加強了肩角煤柱的支護強度，提高了肩角煤柱整體穩定性，有效防止了因應力剪切破壞所導致的肩角煤柱垮落現象。

3）對巷幫煤柱安裝T型鋼棚后有效控制了巷幫受殘余應力水平拉伸的破壞作用，防止了應力區圍巖松動圈擴大以及巷幫收縮。通過后期巷道掘進期間觀察發現，巷幫安裝T型鋼棚后巷幫收縮量由原來的0.44 m降低為0.12 m。