高动压条件下三软煤层孤岛工作面支护技术实践

冯康金　杨栋

摘要：三软煤层孤岛工作面围岩松软破碎，当受到强烈动压影响，巷道收缩严重，支护难度极大，平煤股份六矿在总结以往沿空送巷支护失效教训的基础上，通过改进高强度锚杆支护技术，在戊9-10-22120工作面采取预应力锚索梁联锁支护、斜拉锚索梁、柔性钢带支护、底板打底锚加固等新技术，取得了良好的支护效果，为今后的复杂条件下巷道支护奠定了坚实的基础。

关键词：动压影响 孤岛工作面 联合支护

平顶山天安煤业股份有限公司六矿采掘接替及压茬关系等因素影响，工作面常常要处于高动压之中，顶板极为破碎，巷道变形严重，给支护工作带来很大困难，严重制约了煤矿安全生产与高产高效建设。

1 工作面概况

六矿戊9-10-22120工作面位于二水平戊二上山采区下部西翼，东邻戊二西翼专用回风巷、戊二轨道上山和皮带暗斜井，西临六七矿保护煤柱边界，北邻戊9-10-22140采空区，南邻戊9-10-22100采空区。该工作面上层戊8煤层已采完，其下部受临近五矿己组煤层采动影响，这个工作面是个典型的高动压孤岛工作面。该工作面戊9、戊10煤层之间的夹矸呈东薄西厚，厚度为1.3～3m，工作面埋深550～770m，围岩条件差，地应力大，支护极为困难。

原设计对工作面受下部五矿采动影响或受七矿采动影响段采用锚杆网+套金属支架联合支护，成本高，施工进度慢，特别是在采动压力影响下，巷道受压后变形严重，二次返修难度大，另一方面采煤时采煤工作面上下出口难以维护，极大地影响了正常生产。

2 支护机理

考虑到戊9-10-22120工作面处于地应力复杂、及矿压较大区域，该工作面原计划采用一般条件下锚网支护，受五矿及七矿采动影响段套U型钢或矿用工字钢金属支架支护，但其缺点是支护费用高，材料消耗大，且后期支架支护支架重量大，工人劳动强度大，掘进效率低，且巷道主动支护强度不够，多次受采动影响，巷道应力大，造成巷道失修严重。回采过程中，还需增加拆棚、回棚、替棚等工序，工人劳动强度大，进度慢，影响采煤生产，不适应矿井高产高效。

2.1 预应力锚杆、锚索梁锚固等技术。与传统支护方式相比，锚杆支护使用的材料少而且质量小，在掘进过程中大大加快了相关材料的运输速度，提高了掘进效率。在回采作业中，降低了井下工人的劳动强度，减少了工作面的作业流程，显著提高了井下作业效率。锚杆支护施工工序简便，能够在掘进面掘进后立刻施工，有利于在快速掘进中实现围岩支护的机械化作业。

通过对锚杆支护机理的分析，得到锚杆支护技术完全符合岩石力学理论和围岩控制，是主动支护形式。锚杆支护是利用围岩里面的坚硬结构对外部岩体实施加固，充分利用围岩自身的支撑能力组成相对稳定的支撑结构，有效提高了巷道围岩的稳定性，简化了对巷道支护的维护。

预应力锚索梁支护是一种主动支护系统，其不仅是贴顶支护，而且可以施加较大的预应力，实现主动支护。因此预应力锚索梁是支护采空区下复杂应力区域巷道的有效手段，具有良好的支护效果。锚杆支护有效地减少了巷道支护材料的投入和运输，降低了支护的材料成本。由于锚杆支护深入围岩岩体，无须占用巷道断面，因此巷道支护初期。在设计上可直接减小巷道断面面积，节省了巷道掘进成本。锚杆支护稳定性好，可以有效地减少巷道的维修养护量，从而降低巷道的维护费用。

2.2 巷道帮角加固、底板锚杆加固技术。在支护上突出特点如下：①帮角打锚杆加固、底板打地锚加固，把巷道应力向深部围岩传递，分散了应力集中。②加强了全断面主动支护强度，对巷道的顶板下沉、两帮收缩及巷道底有极大的抵制作用。③在复杂条件下巷道的支护中，尤其是“三软”煤层，高动压、高应力巷道，支护加强了巷道整个围岩的整体强度。

3 主要研究内容、途径和技术关健

①研究内容。通过调研理论分析，确定预应力锚杆及预应力锚索梁组合支护的支护参数；进行锚杆受力、锚固力及巷道位移测试。②途径及技术要领。在复杂应力区域内，对巷道预应力锚杆与预应力锚索梁联合支护进行工业性测试，并且同步研究锚杆锚固力、锚杆受力以及巷道围岩位移情况，以验证采空区复杂应力区域内此种联合支护结构及相关支护参数的科学性，以确保巷道支护结构安全稳定。从技术层面来分析，其重要节点在于必须确保预应力锚杆及预应力锚索梁满足预应力的设计要求；巷道施工后，预应力锚杆支护及预应力锚索梁联合支护能否有效抑止围岩位移，使位移速度不超过30d，巷道顶板下沉量在100mm以内，下降速率不超过0.5mm/d。巷帮移近量在200mm以内，帮移近速率在5mm/d以下。巷道回采阶段，有效通风断面必须达到设计断面的80%，另外要求巷道围岩基本稳定，以免破坏回采秩序。

4 支护效果与分析

4.1 通过数据收集与整理，可以发现，在掘进期间，巷道顶板下沉量平均23mm，下沉速率平均1.7mm/d；巷帮位移量平均72.3mm ，位移速率平均1.93mm/d；深部下沉量为0mm，浅部最大下沉量36mm，平均28mm；锚杆受力观测：最大受力8.5t，平均受力8.23t。

巷道顶板与巷帮在回采过程中最大位移量分别为103.4mm、197.2mm。巷道顶板平均下沉量达到了82mm；下沉速率平均7.82mm/d；巷帮平均位移量达到104.3mm，平均位移速率为3.48mm/d。

4.2 掘进和回采巷道支护断面比较。掘进断面15.36m2，净断面13.8m2；回采期间断面12m2。实践表明，回踩过程中的巷道有效断面不小于掘进设计断面的80%，说明“浮冰”工作面“三软”煤层巷道高应力沿空送巷采用预应力高强锚杆、锚索梁、底角底板锚杆支护的手段是可行的，设计的支护参数是科学合理的。

5 结论

5.1 经济效益评价。通过在戊9-10-22120工作面进行“三软”煤层巷道高应力沿空送巷条件下预应力锚杆、预应力锚索梁及底角底板锚杆组合支护研究并得到实施后，通过实践调研，结合监测数据可以看出支护结构非常稳定，而且这种支护结构大大减少了材料消耗，成本降低，且优化了作业环境，为综采工作面实现快速安装生产打下了坚实的基础。

5.2 社会效益评价。平煤六矿随着矿井开采深度的增加，煤层赋存条件的变化，戊组煤层之间的夹矸逐渐分层，煤层之间的夹矸越来越厚的发展趋势。另一方面，随着开采深度的增加，地应力持续增加，在一定程度上限制了巷道支护的条件。类似戊9-10-22120采掘工作面的工作面还有很多，通过在戊9-10-22120工作面的试验研究结果看，“三软”煤层巷道高应力沿空送巷条件下预应力锚杆、预应力锚索梁及底角底板锚杆组合支护大有发展和应用的潜力。通过实践证明，具有以下诸多优点：①降低材料消耗，减少投入，实现了少投入，多产出。与传统的锚网+套棚支护相比较，可大幅度减少材料费的投入。②提高单产单进水平，有利于缓解采掘接替紧张局面。③减轻工人的劳动强度，减化了回采工序，减少了工作面的作业人员。④支护结构稳定，作业环境进一步优化。锚杆支护的强度高于棚式支护，巷道变形量小，有效断面大，受采动影响变化小，从而使作业场所有良好的安全作业环境。

参考文献：

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