主動支護技術在綜放工作面回采巷道超前支護中的應用

呂 梁

（汾西礦業集團高陽煤礦， 山西 孝義 032306）

0 引言

采煤工作面開采引起的超前支承壓力，在采動影響下回采巷道圍巖應力集中，直觀表現為變形量增大。特別是采用綜放開采時，由于一次開采厚度大、采動壓力顯現程度以及影響范圍更為明顯，導致回采巷道超前支護段圍巖變形更為明顯[1-3]。以往回采巷道超前支護多通過單體配合鉸接頂梁組成的架棚、超前支架等被動支護方式，此種支護方式雖然可滿足圍巖控制需要，但是也普遍存在支護勞動強度大、影響通風斷面以及支護設備運輸難度高等問題[4-5]。注漿錨索具備有主動支護優勢，同時通過圍巖注漿提高巖體自身承載能力及穩定性，不僅可降低支護難度而且顯著降低勞動支護強度[6]。因此，注漿錨索在沿空留巷、大變形巷道、應力集中巷道以及破碎圍巖巷道中應用較為廣泛，可實現圍巖變形的有效控制[7-9]。若使用注漿錨索代替傳統的單體或者超前支架對圍巖進行控制可降低超前支護工作量，對山西某礦3302 綜放工作面主動支護在采面回采巷道超前支護中應用進行分析，以期為其他礦井回采工作面超前支護工作開展提供經驗借鑒。

1 3302 綜放工作面概況

1.1 工程地質概況

3302 綜放工作面設計開采距離830 m、傾向面長220 m，3 號煤厚5.8 m、傾角5°。3 號煤層埋深平均230 m，直接頂、基本頂分別為泥巖、粉砂巖，直接底為砂巖。采面回采巷道在掘進期間揭露有2 條落差在1.3 m 以內正斷層，斷層發育區對采面煤炭生產基本無影響。礦井超前支護采用單體配合鉸接頂梁或者超前支架方式進行，采用單體配合鉸接頂梁方式時施工安全風險較高且支護、鉸接頂板回收勞動強度大；超前支架雖然機械化程度相對較高，但是支架移動支撐頂板期間會出現頻繁的升架、降架，在支護頂板過程中容易導致原有支護體系失效、增大頂板破碎程度。

在3302 綜放工作面回采巷道內布置的頂板窺視鉆孔獲取到頂板裂隙擴展情況，如圖1 所示。從窺視結果看出，在巷道頂板淺部區域內裂隙較為發育，但是深部位置巖體較為穩定。整體來說。3 號煤層頂板較為穩定且強度較高，可為注漿錨索代替傳統的單體或者超前支架創造良好條件。

圖1 3 號煤層頂板不同孔深下鉆孔窺視成果

1.2 巷道原支護參數

3302 綜放工作面回采巷道斷面均為矩形（凈寬4 200 mm、凈高4 000 mm），采用錨網索支護工藝，具體支護參數為：頂板按照900 mm、900 mm 間排距布置5 根Φ20 mm×2 400 mm 螺紋鋼錨桿，按照1 800 mm、1 800 mm 間排距布置2 根Φ17.8 mm×6 200 mm 錨索；巷幫按照900 mm、900 mm 間排距布置5 根Φ20 mm×1 800 mm 螺紋鋼錨桿；頂板及巷幫掛設由10 號鐵絲編制的金屬網（網孔40 mm×40 mm）。

2 主動支護在超前支護中的應用

2.1 施工技術方案

根據3302 綜放工作面現場條件并結合采面開采期間礦壓顯現規律，提出在采面回采期間采用差異化差異支護方式實現超前支護，并為后續主動支護在采面回采巷道超前支護中應用提供經驗借鑒。在3302綜放工作面超前支護時使用注漿錨索進行補強，為確保頂板穩定在距離采面不同距離布置不同參數單體支柱進行補強加固。

具體采面回采巷道內布置的注漿錨索布置如圖2 所示。

圖2 注漿錨索布置示意圖（單位：mm）

注漿錨索為Φ21.8 mm×6 200 mm 中空錨索，以1 800 mm、1 800 mm 間排距，垂直頂板施工，配合采用高強托盤（規格300 mm×300 mm×16 mm）護表；鄰近的錨索間用厚3 mm、長2 400 mm 的梯形鋼帶連接；錨索布置完成后預先施加150 kN 預緊力。注漿錨索超前采面前方30～50 m 布置，并對頂板進行注漿，注漿漿液選用水泥單液漿，注漿泵使用ZBQ-28/0.5、注漿壓力控制在3～5 MPa。

在階段Ⅰ（超前采面0～50 m 范圍），按照1 200 mm、2 700 mm 間排距布置單體對頂板補強，一排布置3 根；在階段Ⅱ（超前采面50～100 m 范圍），按照1 600 mm、2 700 mm 間排距布置單體對頂板補強，一排布置2 根；在階段Ⅲ（超前采面100～150 m 范圍），按照2 700 mm 間排距布置單體對頂板補強，一排布置1 根；在階段Ⅳ（超前采面150～100 m 以外范圍），不布置單體。

2.2 超前支護效果

現場支護時綜合使用注漿錨索及單體支柱對超前支護段進行支護，可充分發揮主動支護及被動支護優勢，確保超前支護段圍巖穩定。具體在超前支護段施工窺視鉆孔獲取到頂板巖性情況如圖3 所示。

圖3 超前支護段頂板不同孔深下鉆孔窺視成果

從圖3 中看出，頂板淺部巖體及孔深3.01 m 位置出現裂隙有所發育、有不同程度離層情況，其余位置頂板均保持穩定。布置測站對超前支護段表層圍巖變形情況進行監測，發現超前段頂板最大下沉量控制在30 mm 以內、巷幫變形量在25 mm 以內，基本不出現底鼓問題，表明通過超前支護段通過采用注漿錨索進行支護可實現頂板穩定。

3 結論

1）在3302 綜放工作面回采巷道超前支護中，通過使用注漿錨索可提高頂板穩定性同時錨索錨固端位移頂板穩定巖層中，可起到減少超前支護段在采動影響下出現下沉量大問題；同時在支護時配合使用單體支柱強化支護，可避免注漿錨索支護強度不足或者采動影響劇烈等因素引起的頂板冒落問題。在3302綜放工作面回采巷道通過采用主動支護技術替代部分單體支柱，可減少超前支護工作量，降低超前支護工作強度；同時注漿錨索可通過機械化施工，支護效率較高。

2）注漿錨索主動式超前支護技術具有施工工藝簡單、機械化程度高、適用性廣、回采工作面作業空間大的優點。注漿錨索主動式超前支護主要作用是阻止巷道頂板原有裂隙進一步擴展及連通；通過注漿加固頂板圍巖破碎區域，提高頂板承載能力。主動式超前支護技術簡化了施工工序，提升了采面回采速度，對目前綜放工作面的安全、高效生產適用性更好。