綜采工作面應力區圍巖控制技術

韓圖門烏力吉

（晉能控股集團，山西 大同 037001）

1 8310工作面概況

晉能控股集團雁崖煤業公司塔山三盤區8310工作面位于井田西翼，工作面東部為盤區大巷，南部為8311工作面，西部為井田邊界，北部為8309采空區。

8310工作面采用綜合機械化回采工藝，截止2020年1月14日工作面已回采至570 m處，工作面回采至562 m處時揭露一條F7逆斷層，斷層落差為1.4 m，傾角為40°，斷層從回風順槽向工作面中部依次揭露，受F7斷層應力影響，工作面回采至560 m處時，位于工作面前方15 m處回風順槽出現底鼓、煤壁片幫以及底板下沉等現象，嚴重制約著工作面安全高效回采。

2 回風順槽原支護設計及問題分析

2.1 原支護設計

8310工作面原頂板主要采用錨桿（索）聯合支護，具體支護設計如下：

1）頂板支護：原頂板主要采用錨桿配套鋼帶聯合支護，以及單錨索支護；頂板每排布置5根長度為2.5 m左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，錨桿間距為1.0 m，排距為1.0 m，錨桿外露端安裝一根長度為4.5 m W型鋼帶；頂板每排布置兩根錨索，錨索長度為6.0 m，直徑為17.8 mm，錨索間距為1.8 m，排距為3.0 m，每根錨索外露端安裝一塊長度及寬度為0.3 m鋼托板，并采用鎖具進行預緊[1-2]。

2）巷幫支護：巷幫采用單錨桿支護，位于工作面煤柱側巷幫采用單玻璃鋼錨桿支護，每排布置三根，錨桿長度為2.0 m，直徑為20 mm，錨桿外露端采用直徑為15 mm圓鋼托盤預緊；非煤柱側巷幫采用螺紋鋼錨桿支護，錨桿布置方式與玻璃鋼錨桿相同。

2.2 原支護問題分析

8310回風順槽在掘進過程中原支護設計滿足巷道掘進要求，但是工作面在回采過程中受構造應力以及回采應力集中破壞作用下，回風順槽原支護存在一些問題，主要表現在以下幾方面[3]：

1）錨桿支護強度低：原頂板采用的單錨桿長度為2.5 m，錨桿采用端頭錨固方式，錨固長度為0.95 m，錨固力為220 kN，而回風順槽在多重應力作用下，頂板出現裂隙發育，伴隨著冒漏和下沉現象，并在頂板及兩幫內形成圍巖松動圈，而原支護錨固段基本位于圍巖松動圈內，從而導致錨桿錨固失效現象，錨桿支護強度降低。

2）支護設計不合理：原頂板主要采用錨桿及錨索聯合支護，雖然頂板布置錨桿數量相對較多，滿足支護數量要求，但是原頂板錨桿在施工過程中對頂板產生擾動破壞作用，在應力作用下錨桿支護孔形成卸壓孔，在卸壓過程中對錨桿錨固及預應力強度產生一定影響；同時原頂板施工的單錨索屬于點性支護，雖然可對局部圍巖起到懸吊作用，但是支護強度低，支護范圍小。

3 應力區圍巖聯合控制技術

為了提高工作面前方圍巖穩定性，提高回風順槽成型率，保證工作面安全快速過應力區，決定對應力區圍巖采取“梯形鋼棚+錨索吊棚”聯合支護設計。

3.1 梯形鋼棚

3.1.1 支護作用

原頂板錨桿、錨索屬于主動支護，主動支護主要通過錨固以及預應力作用實現對圍巖進行懸吊和組合拱（梁）支護作用，但是當圍巖受應力破壞時，主動支護錨固效果差，預應力無法通過支護體傳遞至圍巖中，從而降低主動支護效果；而鋼棚支護屬于被動支護，鋼棚支護架設和提高兩幫煤柱對頂板支撐作用強度，防止了兩幫與頂板之間的三角煤柱出現垮落，同時鋼棚頂梁對頂板下沉現象及時控制，從而提高圍巖整體穩定性，保證主動支護效果[4-5]。

3.1.2 鋼棚支護結構

8310回風順槽應力區采用的梯形鋼棚主要由棚腿、頂梁、底座等部分組成，棚腿長度為3.5 m，主要由11號工資鋼梁制成，棚腿頂底端各焊制一塊鋼板，頂底部鋼板上焊制3個直徑為25 mm的圓孔；頂梁長度為4.2 m，頂梁主要由寬度為0.18 m槽鋼焊制而成；底座長度及寬度為0.4 m，厚度為5 mm。

3.1.3 安裝工序

1）梯形鋼棚安裝在距工作面20 m處，首先安裝鋼棚底座，每架鋼棚底座安裝在兩幫底板上并采用三根地錨進行固定，底座安裝后依次安裝兩根棚腿，棚腿與底座之間采用螺母進行固定，棚腿安裝后通過螺母調節棚腿角度，調節角度范圍75°~90°。

2）棚腿安裝后采用卡纜將棚腿與頂梁進行固定，頂梁安裝后保證頂梁與頂板接觸嚴實，如頂板不平或冒漏時采用道木將頂梁與頂板之間背牢，梯形梁棚架設間距為1.0 m，如圖1所示。

圖1 8310回風順槽應力區圍巖聯合支護斷面示意圖（未標單位：mm）

3.2 錨索吊棚支護

傳統單錨索支護由于存在支護斷面小、支護效果差等技術難題，決定對原頂板施工錨索吊棚支護。

1）8310回風順槽應力區頂板采用的錨索吊棚主要由工字鋼梁、恒組錨索等部分組成，工字鋼梁長度為4.0 m，寬度為0.12 m，鋼梁上布置兩個直徑為30 mm支護圓孔，孔間距為2.5 m；恒組錨索長度為6.0 m，直徑為21.8 mm，錨索最大承載能力為890 kN。

2）從工作面前方15 m處開始補打錨索吊棚，施工工序為：施工錨索鉆孔→錨注錨索→安裝工字鋼梁→鎖具預緊；錨索吊棚垂直巷道布置，布置間距為2.0 m，若局部區域巷道頂板出現破碎時，縮小吊棚間距，并在相鄰兩架錨索吊棚之間填充水泥背板。

4 結語

截止2020年1月22日8310工作面已回采至617 m，通過對工作面應力區巷道圍巖采取聯合控制技術后，工作面在后期回采期間有效控制了應力區圍巖變形現象，通過現場觀察發現，采取聯合控制技術后，回風順槽頂板下沉量控制在0.12 m以下，未出現煤壁片幫現象，兩幫收斂量控制在0.22 m以下，保證了回風順槽成型率，為后期工作面安全高效回采奠定了基礎，取得了顯著應用成效。