81108工作面回風巷沿空掘巷支護技術優化

段博棟

（華陽新材料科技集團有限公司一礦，山西 陽泉 045000）

1 工程概況

山西陽煤一礦81108工作面位于北丈八井十一采區81107工作面以東（已采），81109工作面以南（已采），8906工作面以西（已采），81105工作面以北（現掘）。81108工作面開采15#煤層，煤層厚度為5.6～6.36 m，平均厚度為5.98 m，煤層頂板為泥巖和石灰巖，底板為泥巖和砂質泥巖。工作面采用綜采放頂煤開采方法，全部垮落法管理頂板。

81108工作面回風巷是沿15#煤基本頂掘進的半煤巖巷，屬Ⅱ類巷道，回風巷與鄰近采空區間的煤柱寬度為8 m，巷道掘進屬于沿空掘巷，巷道寬度×高度=4800 mm×3300 mm。巷道頂板采用錨網索支護，巷幫采用錨桿+錨網支護，錨桿采用規格為Ф20 mm×2400 mm 的高強螺紋鋼錨桿，頂板間排距為800 mm×900 mm，兩幫間排距為900 mm×900 mm。頂板錨索采用Ф21.6 mm×8250 mm的1×7股鋼絞線，間排距為 1300 mm×900 mm。如圖1。根據現場觀測可知，巷道掘進期間頂板下沉量大、兩幫移近量大且底板鼓起嚴重，需進行巷道支護方案的優化。

圖1 巷道原有支護斷面圖（mm）

2 圍巖變形特征分析

2.1 圍巖現場變形特征

81108工作面回風巷沿空掘巷期間，其巷道在8 m護巷煤柱和錨網索支護方案下，掘進期間圍巖出現了大變形和嚴重破壞現象。

回風巷沿空掘巷期間，巷道圍巖頂板裂隙縱橫、破碎失穩嚴重，變形特征為頂板下沉、底鼓嚴重和兩幫移近量大，其中在巷道局部位置圍巖變形量大于1200 mm，巷道頂板出現大變形的“網兜”現象，存在漏頂和冒頂的風險。為保障巷道正常使用，需要反復起底和人工擴幫才能正常使用。由于巷道沿煤層基本頂掘進，巷道屬于半煤巖巷，且由于15#煤層節理裂隙發育，煤層整體松軟，煤層與直接頂泥巖接觸面的位置處圍巖穩定性差，進而易出現兩幫變形量大的特征[1-3]；煤層基本頂巖層為泥巖和石灰巖復合巖層，巖層整體強度不高，故易出現頂板下沉量較大。

2.2 圍巖變形過程

81108工作面回風巷采用原有支護時，巷道在原有支護方案下掘進100 m，每間隔25 m布置一個圍巖變形觀測點，通過十字布點法進行圍巖變形觀測，現取測站1和測站2進行分析，圍巖變形曲線如圖2。

分析圖2（a）可知，測站1在100 d的監測期內，巷道圍巖持續變形，兩幫變形、底板鼓起和頂板下沉平均速率分別為1.6 mm/d、5.1 mm/d和2.4 mm/d，頂板下沉量、兩幫移近量和底板鼓起量在觀測期間的最大值分別為163 mm、517 mm和240 mm。

分析圖2（b）可知，巷道兩幫和底板持續變形較為劇烈，巷道兩幫變形量大，觀測72 d內移近量達到587 mm，且巷道底板鼓起量較為嚴重。通過4月3日和4日的臥底作業，監測期間底板的平均鼓起速率為6.6 mm/d，累計鼓起量達到476 mm。

圖2 巷道原有支護方案下圍巖變形曲線圖

綜合上述分析可知，巷道在現有支護方案和護巷煤柱下，觀測期間圍巖處于持續變形的狀態，且保持了一定的變形速率，圍巖的變形速率隨著時間的增長無明顯的降低現象。巷道沿空掘巷期間兩幫和底板鼓起量大，頂板下沉量相對較小，但局部地段頂板較為破碎時也出現大變形的“網兜”現象。根據現場觀測情況可知，巷道在現有支護方案下，圍巖變形量大，需要不斷進行擴幫和起底作業才能滿足回采使用要求，這會嚴重影響生產效率。

3 支護優化方案及效果

3.1 支護優化方案

根據81108工作面回風巷在原有錨網索支護方案下的圍巖變形特征，確定巷道采用頂幫協同支護技術，該技術要點如下：（1）支護中增加兩幫的錨固深度，提升兩幫的支護強度；（2）巷幫采用錨桿+錨索聯合支護，通過錨索提升巷幫支護強度和密度，實現頂幫協同支護[4-6]。優化方案如下：

（1）頂板支護。錨桿采用Φ20 mm×2400 mm高強螺紋鋼錨桿，間排距800 mm×900 mm，錨固長度為1200 mm，預緊扭矩為300 N·m，錨索采用Φ21.6 mm×8250 mm的1×7股鋼絞線，間排距為1300 mm×900 mm，錨固長度為2400 mm，預緊力為150 kN；采用W型鋼帶+6#方形金屬網護表。

（2）兩幫支護。錨桿規格、間排距、錨固長度、預緊扭矩等參數同頂板，巷幫錨索采用規格為Φ17.8 mm×5000 mm的1×7股鋼絞線，間排距為1500 mm×1800 mm，錨索采用端頭錨固，錨固長度為2400 mm，預緊力為100 kN，巷幫錨索采用16#槽鋼梁進行連接，槽鋼長度為2100 mm，幫部錨桿同樣采用W型鋼帶進行連接，表面采用6#方形金屬網進行護表。

（3）回采前補強臨時支護。在工作面回采前在巷中布置一排DW35-200/100型單體液壓支柱進行補強支護，排距1000 mm，單體支柱初撐力≥100 kN，單體柱頂梁π型鋼梁，長度為4000 mm。

具體81108工作面回風巷支護斷面如圖3。

圖3 81108工作面回風巷支護優化斷面圖（mm）

3.2 效果分析

81008工作面回風巷采用優化后的支護方案后，在巷道掘進期間每間隔30 m布置一個巷道表面位移監測站，基于支護優化前后圍巖變形特征，能夠得知巷道在支護優化前后圍巖變形的對比數據見表1。

表1 回風巷支護優化前后圍巖變形數據表

分析表1可知，回風巷在采用優化支護方案后，巷道兩幫煤巖體的變形速率和變形量均大幅降低，兩幫移近量由原有支護下的517～691 mm降低為239～285 mm，兩幫變形速率也由原有支護方案下的5.1～11.8 mm/d降低為3.7～4.8 mm/d。據此可知，巷道兩幫增加錨索支護后，有效控制了沿空掘巷期間的兩幫煤巖體的變形。另外從表2中能夠看出，巷道采用支護優化方案后，頂板下沉量由98～173 mm降低為74～88 mm，底板鼓起量由240～522 mm降低為177～212 mm，降幅顯著。

綜合上述分析可知，回風巷采用支護優化方案后，巷道頂底板和兩幫變形量均顯著降低，提升了巷道圍巖的穩定性，充分發揮了圍巖頂幫協同支護效果。

4 結論

根據81108工作面回風巷地質條件，通過分析原有支護下巷道兩幫變形量大的原因，確定采用頂幫協同支護優化方案。優化后支護方案有效保障了巷道圍巖的穩定。