深井回采巷道顶板离层与支护技术研究

摘要：文章结合钱家营煤矿采区内深井回采巷道实际情况展开分析，对顶板离层的基本概念以及顶板离层临界值的确定方法进行了分析，最后根据顶板离层的条件研究了该深井回采巷道在掘进期间以及回采期间的支护技术方案，希望能够确保支护结构的稳定与可靠。

关键词：深井回采巷道；顶板离层；支护技术；临界值；煤炭开采 文献标识码：A

中图分类号：TD327 文章编号：1009-2374（2015）16-0161-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.16.079

我国作为煤炭资源生产、开发的大国，已探明煤矿资源的浅部开采进入收尾阶段，后期势必会展开对煤矿储区的深部开采作业。近年来，矿井工作面的开采深度已有非常显著的提升趋势。在煤矿开采作业向着深部化方向发展的背景之下，如何最大限度地确保深部矿井开采作业的安全性与可靠性，这一问题备受各方人员的重视与关注。本文尝试在深井回采巷道的基本条件下，给出顶板离层的基本概念以及顶板离层临界值的确定方法，研究工作面的支护技术方案及其实施，值得各方关注与重视。

1 工程概况

钱家营煤矿自1988年建设完成投入使用以来，一直是开滦矿业集团的主要煤矿项目。当前技术条件支持下，本煤矿年产量可达500万吨以上。在本矿区内，2021E回采工作面位于二水平十采区12-1煤层。现场勘查数据显示：本矿区地面标高在+7～+26m范围内，十采区井下标高在-600.0～-850.0m范围内。工作面走向整体长度为732.3m，倾斜长度为189.8m，分布煤层厚度在1.4～4.0m范围内，现场测量本煤层倾斜角角度为6°左右。

工作面同煤层倾斜上方1327东已采毕，倾斜下方暂未设计工程，西部依次为2021东和1327西运煤边眼。工作面回采初期受地质构造和顶板压力影响，造成煤岩层稳定性较差，易冒顶和劈帮。工作面掘进时共揭露断层33条，落差0.3～3.5m。其中对工作面回采有影响的断层18条，落差0.3～2.3m，其余断层均位于工作面之外，对工作面回采无影响。

2 顶板离层临界值分析

何谓顶板离层？简单来说，顶板离层是指：对于巷道顶板岩层而言，其中任意一点与该点上方一定深度内岩层结构中某点所产生的相对位移量。顶板离层作为围岩结构力学性质的表现之一，其也反映了工作面巷道断面、锚杆参数、围岩结构、以及地应力水平对回采巷道的影响情况。而与之相对应的顶板离层临界值则是指：对于锚固巷道而言，在顶板处于稳定状态的条件下，岩层结构离层、松动扩容所对应的位移极限值。可以说，顶板离层临界值反映了底板自稳定状态转变为不稳定状态的趋势，在支护技术方案的设计、实施上有着非常关键的指导性作用。

对于一个完整的深井回采巷道而言，自巷道开始掘进～报废，这一过程当中需要经过巷道掘进、无采掘影响、以及采动影响等多个阶段。在这一过程当中，回采巷道所对应的顶板离层量可以按照如下方式进行计算：

顶板离层量=巷道掘进所诱发的附加变形量+巷道掘进影响下原岩应力（侧向固定支承压力）作用下的平均变形速度·巷道掘进影响下原岩应力（侧向固定支承压力）作用下的平均变形时间+回采工作面移动支承压力影响下的变形量。

根据这一计算标准，在本案例中，计算得到的深井回采巷道掘进期间顶板离层临界标准值为100.0mm，工作面巷道两帮移近速度极限取值为100.0mm/d。同时在受到老顶初次来压因素的影响下，顶板有剧烈活动的趋势，所对应的顶板离层临界标准值仅为120.0mm。

3 支护技术分析

相对于工程实践中比较常见的浅部巷道而言，深井回采巷道的主要特点有以下三个方面：第一，深井回采巷道埋藏较深，地应力水平较高；第二，深井回采巷道支护载荷不属于恒定值，巷道支架所提供的支护强度时常无法满足原岩应力的基本要求；第三，深井回采巷道允许变形量大，支护投入小，软岩巷道围岩近移量可以达到百毫米单位以上，支护方案的实践往往同时伴随对围岩结构稳定性的破坏。因此，在回采巷道开挖掘进后，受到工作面采动压力的影响，必须根据巷道自身的地质条件，合理预测围岩结构的变形规律，选择最为科学的巷道支护形式。根据本工程案例中的实际情况，在不同施工阶段中的支护方案可以总结为如下两个方面：

3.1 深井回采巷道掘进期间支护技术

对于本案例中的深井回采巷道而言，在掘进期间顶板离层临界标准值为100.0mm，巷道采取临时支护与永久支护结合的综合支护方案。其中，在临时支护技术方面，掘进后进入迎头并及时将前探梁窜入迎头空顶以下，上方越过接顶以及上棚梁，达到临时支护的效果。支护过程中，控顶距按照0.6m标准控制，前探梁标准规格为22.0kg/m轨道，单梁长度为4.0m，共设置2根。而在永久支护技术方案，对于顶板完整的区域，采取锚杆+锚网+锚索+钢带的联合支护方案，锚杆选择金属等强锚杆，截面尺寸为20.0mm，布置间距为800.0*800.0mm，锚网为技术网，标准尺寸为100.0*100.0mm，钢带为W型钢带，长度为4400.0mm，锚索为预应力钢绞线，且具有强度高区、松弛性低的特点，锚固长度按照1600.0mm标准控制。同时，对于顶板不完整，例如出现破碎的区域，采用架棚支护方案，架棚型式为U字型钢棚，背板为砼结构，腰背为金属网。

3.2 深井回采巷道回采期间支护技术

对于本案例中的深井回采巷道而言，在老顶初次来压影响前，顶板离层临界标准值为100.0mm。之后，受到工作面老顶初次来压因素的影响，顶板后剧烈活动的趋势，所对应的顶板离层临界标准值仅为120.0mm。因此从回采巷道安全回采的角度上来说，需要在老顶初次来压前边完成对巷道的超前支护，从而确保巷道结构的稳定性。在超前支护中，根据具体情况的不同，可以对支护方案进行灵活的选择与调整。例如，在巷道侧向压力较大的情况下，可以分别在风巷上帮以及机巷下帮部位选用原木作为棚木加以支护；若巷道超前支护过程中出现顶板压力过大的问题，则可以在靠近工作面的区域内，通过金属铰接梁下双单体的方式做加强支护处理；若U型钢架棚压力过大，钢架棚回收难度大，则超前支护时需要在钢架棚挡间距离巷道底板3.0m左右位置掏肩窝，然后使用3/4原木作为棚梁，采用液压单体支柱进行支护。在超前支护过程中必须特别注意的一点是，在经过超前支护处理后，支护高度需要严格控制在3.0m的合理范围内，若局部巷道出现超高的问题，则需要及时使用硬木料打木垛并做接顶处理。

4 结语

在本文对深井回采巷道顶板离层与支护技术的研究工作中，给出了计算顶板离层临界值的方法，并对深部回采巷道在掘进阶段以及回采期间所适用的支护技术方案进行了详细分析，认为大断面以及组合支护技术对于深部回采巷道而言具有较好的适应性和应用价值。

参考文献

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作者简介：张树良（1971-），男，河北丰润人，开滦（集团）煤业分公司安全管理部工程师，研究方向：煤矿开采、技术管理、安全管理。

（责任编辑：蒋建华）endprint