大断面回采巷道支护技术研究

朱秀梅

摘要：随着矿井开采深度的增加，复杂条件下大采高综采回采巷道支护技术是目前在矿井安全开采生产过程中所面临的新的难题之一。合理的巷道支护是保证矿井正常生产的必要条件，因此回采巷道支护技术非常值得研究。本文以羊场湾煤矿120208工作面风巷为背景，通过对该巷道原有支护失稳机理分析，优化了工艺参数，并利用现场监测的方法对优化前后的支护效果进行了对比，结果表明，优化后的锚杆支护工艺极大改善了巷道围岩破碎状态，控制了巷道围岩变形，对大断面巷道稳定性控制起到了积极的作用。对类似条件下回采巷道的支护形式具有一定的借鉴意义。

关键词：回采巷道 大断面煤巷 锚杆支护 失稳破坏

1 巷道变形破坏特征

随着羊场湾煤矿大采高综采工作面开采深度和工作面采高的增加，巷道断面的加大，且回采顺槽完全沿煤层布置，煤体松软破碎，节理发育。特别是下一区段回风顺槽的提前布置将受上区段工作面和本区段工作面双重采动影响，工作面顺槽两帮受压变形严重、顶底板移近、两帮鼓出、底板鼓起、甚至出现大面积冒顶等变形特征，巷道变形导致断面缩小，巷道高度无法满足设备的运输，严重影响煤炭回采、运输及安全生产；随着矿井产量逐年递增，巷道断面的加大和开采规模的升级，巷道稳定性问题及其支护缺陷越发严重。巷道需不断加固，甚至不得不多次翻修，维护困难，成本高，安全性差。

2 巷道变形破坏影响因素分析

①采动影响：120208工作面风巷兼做相邻的120207工作面辅助运输巷，因此120208工作面风巷在120207工作面开采前就提前布置完毕，大采高工作面顶板垮落加重了矿压的显现剧烈程度，由采动影响集中引起的二次应力导致巷道的变形破坏。且巷道完全置于煤层中，煤体节理发育，松软破碎，为了保证顺槽辅助运输与通风，需不断加固和频繁翻修，成本高，安全性差。②地质构造影响：羊场湾煤矿120208工作面位于山疙瘩向斜轴部，工作面风巷在掘进150m处揭露F15断层，机巷掘进至800m处揭露DF4断层。上述断层均为导水断层，顶、底板泥岩遇水变软，特别是受断层破碎带影响区域顶板控制困难。③围岩内部结构变化：120208工作面风巷的提前布置，导致该巷将受到120207工作面采动影响和本工作面的超前采动影响，加之巷道开挖的动压影响，工作面上、下帮煤壁极易发生变化而产生裂隙。加之工作面顶、帮长时间裸露风化严重，致使风巷顶帮围岩强度降低失稳。

3 回采巷道支护设计

①调整回采巷道衔接顺序。羊场湾煤矿回采巷道受采动影响后难以控制的一个主要原因是下一区段风巷紧跟上区段机巷掘进，巷道的提前开挖导致风巷将受到两次采动影响。为了避免出现风巷受到二次采动影响，下区段风巷滞后上区段采煤工作面掘进，在工作面采动压力稳定后掘进可很大程度减小巷道受上区段采动影响。②引进整体耦合让均压锚杆锚索支护技术。a顶板锚杆：Φ22×2500mm的扭矩应力锚杆，间排距为900×900mm，Q500矿用高强螺纹钢，屈服强度理论值18吨，实测值大于20吨，抗拉强度理论值22吨，实测值大于24吨；锚杆双泡让压管：17～20T；锚杆的预应力4～6吨。b两帮锚杆：Φ22×2500mm的蛇形锚杆，间排距为900×900mm，Q500矿用高强螺纹钢，屈服强度理论值18吨，实测值大于20吨，抗拉强度理论值22吨，实测值大于24噸；锚杆单泡让压管：17～20T；锚杆的预应力4吨。c鸟窝锚索：长锚索的排距为2m，每排三根锚索。短锚索的排距为2m，每排两根锚索。鸟窝锚索直径：长18.9mm，长度8300mm；短18.9mm，长度4300mm；锚索双泡让压管：RY21-25T；锚索的预应力大于10吨（大于25MPa）。d表面控制：顶板采用W钢带、W钢护板与金属网进行表面支护。W钢带规格为BHW270-2.75-5000mm，钢护板规格为300×300×3.75mm。③高强度锚注一体化支护技术。为了解决巷道受采动影响内部裂隙多，围岩强度降低的问题，在使用让均压锚杆锚索支护的基础上，在顶、帮隔排施工高强度注浆锚杆代替该位置的支护锚杆。锚杆锚索具体参数如表1。④增大组合构件的护顶、护帮面积。原有支护顶部采用16#圆钢梯子梁钢带，锚杆托板为150×150mm铁托板，顶帮破碎或压力较大时，钢带易钻顶，帮部托板易陷帮，失去护表构件支护作用。优化后顶部改为5mm厚的W280型W钢带，帮部采用5mm厚的W280型钢护板，以增加护表和接触面积。⑤做到锚杆、锚索伸缩量的匹配。羊场湾煤矿所有回采巷道均采用全锚支护，锚索采用17.8×8300mm钢绞线锚索，根据经验，顶板下沉量超过200mm，锚索要么拔断，要么即失去支护作用。Φ20×2500mm长的螺纹钢锚杆拉伸长度超过300mm。因此我们将锚索长度增加到10300mm，以增加锚索展性，尽量保证锚索、锚杆同时起到支护作用。⑥锚索施工角度的优化。羊场湾回采巷道均沿着煤层顶板施工，长度为8300mm，垂直于巷道顶板施工。

3.1 支护材料的优化 调整支护材质是提高支护质量的根本。改善支护材质可以通过提高锚杆杆体、锚固剂、托盘、螺母的规格、材质、性能、强度与结构等方法，其支护材质的匹配也是至关重要的。①杆体优化。结合现场玻璃钢锚杆被拉断的情况，将顶锚杆优化为φ20×2600mm的螺纹钢锚杆，两帮锚杆由玻璃钢锚杆优化为φ18×1800mm的端头锚固圆钢锚杆。②锚固长度优化。通过增大锚杆直径，适当加长锚杆锚固长度提高锚杆的刚度，保证支护的可靠。③组合构件优化。通过托板、钢带等构件可以实现锚杆预应力的扩散，扩大预应力的作用范围，提高锚固体的整体刚度，保持其完整性，因此增加组合构件的强度至关重要。

优化后的巷道支护平面及断面布置如图1所示。

3.2 支护效果控制 ①严格控制巷道成形，主要采取光面爆破减少对围岩的扰动，以最大限度保持围岩的原始结构状态。②保证支护的及时性，巷道围岩一旦揭露立即进行锚杆支护，避免大面积松动区、塑性区的形成对锚杆支护质量造成影响。③强化锚杆施工质量，提高钻孔角度，保证钻孔深度和锚杆安装质量，确保锚杆发挥作用。④加强施工质量，提高安装水平。

4 结语

通过对大断面煤锚支护巷道破坏失稳原因分析，对回采巷道的支护方式进行了合理优化。实践证明，优化后的支护方案满足了现场安全开采需要，在降低了回采巷道的维护量的同时，为矿井安全高效生产奠定了基础，对宁东矿区相似条件下大断面锚杆支护参数设计提供了可借鉴经验。

参考文献：

[1]樊克恭，翟德元.巷道围岩弱结构破坏失稳分析与非均称控制机理[M].煤炭工业出版社，2004.

[2]于学馥，刘怀恒.地下围岩稳定分析[M].煤炭工业出版社，1983.

[3]何满潮，袁和生.中国煤矿锚杆支护理论与实践[M].科学出版社，2004.