综放工作面回风顺槽受二次采动影响支护技术

王军伟

（山西阳泉煤业（集团）有限责任公司 五矿，山西 阳泉 045209）

1 工程概况

山西阳泉煤业（集团）有限责任公司五矿井田面积为6.5027 km2，采用主斜井、副立井综合开拓，生产规模为0.9 Mt/a，属低瓦斯矿井。井田地质构造简单，总体为一走向近南北、倾向西的单斜，地层倾角2°～11°。井田内共含3层主要可采煤层，分别为3上、3下、15-3号煤层，其中3#煤层已采空，2009年兼并重组整合后，矿井主要进行了15-3号煤层的回采，15-3号煤层属于自燃煤层，煤尘有爆炸危险性。

矿井划分为一个水平，标高为+800 m；15-3号煤层划分为两个采区，采煤方法为长壁式开采，回采工艺为综采一次采全高，全部垮落法管理顶板。

15-3号煤层位于太原组下段中部，上距3下号煤层平均104.55 m，下距K1砂岩顶9.23 m，为全区稳定可采煤层。煤层厚度2.65～3.98 m，平均厚度为3.46 m。煤层结构简单，一般含1～2层夹矸。

15-3号煤层的顶底板为泥岩、砂质泥岩。泥岩抗压强度为21.2～26.8 MPa，平均为23.6 MPa，抗拉强度为0.5～0.8 MPa，平均为0.65 MPa，属较软岩石；砂质泥岩抗压强度为32.8～36.8 MPa，平均为35.3 MPa，抗拉强度为1.0～1.5 MPa，平均为1.25 MPa，属中硬岩石。

2 矿井采掘情况与采动巷道围岩变形情况

矿井以两个工作面达产，分别为15113和15112工作面；现有四个掘进工作面，分别为15115工作面运输和回风顺槽以及15114工作面运输和回风顺槽（见图1）。由于矿井接替的原因，15115和15114工作面回风顺槽都不可避免的受到上一个工作面和自身工作面两次采动影响，因此，巷道变形较为明显，特别是矿井西翼工作面，采用的工字钢支护均会在邻近工作面回采过程中就出现顶梁弯曲、两棚腿内移变形现象，严重威胁这矿井的安全生产。

为保证15号煤开采煤层巷道的安全使用和工作面的安全开采，对受二次采动影响回风顺槽巷道的支护方式进行合理确定和巷道支护参数进行专门设计，确保井下巷道的安全使用和工作面的安全开采[1]。

图1 工作面回风顺槽与周围巷道相对位置关系

3 回风顺槽锚杆、锚索支护参数设计

西翼回风顺槽毛宽3500mm，毛高3000mm，回风顺槽锚杆、锚索支护见图2。在围岩破碎严重段采用U型钢支架+锚网索组合支护。

顶板布置5根锚杆，间距800mm；两帮各布置4根锚杆，间距为850mm，锚杆排距参照间距确定为1000mm。因受邻近工作面二次采动影响回风顺槽巷道两帮变形严重，围岩破碎，巷道顶板也出现下沉，在支护设计中顶板锚杆角度：两顶角处锚杆分别向外倾斜10°，其余锚杆均垂直顶板布置来控制顶板两边角下沉量，两帮锚杆角度：布置时顶角和底角处锚杆分别向顶、底倾斜15°，其它锚杆均垂直两帮布置来控制巷道两帮变形量[2]。其中具体支护参数为：

3.1 顶板锚杆

采用左旋螺纹钢高强锚杆规格为Φ20mm×2000mm，匹配规格120mm×120mm×10mm高强螺母与高强拱形托盘。打钻时候孔直径为28mm，药卷规格为K2335和Z2360，巷道顶板配以金属网与钢筋梯子梁来进行辅助支护，顶部梯子梁有效长度是3500mm，规格Φ14mm的钢筋自行加工；巷道顶板金属网型号是3500mm×1100mm使用菱形网来匹配，相邻之间网搭接大约100mm，用铁丝进行联结。施工时候锚杆预紧力矩要确保大于300 N·m，锚杆的锚固力大于100 kN。

3.2 两帮锚杆

煤柱侧帮确定用左旋螺纹钢高强锚杆，锚杆钢材屈服强度不小于335 MPa，锚杆型号是Φ20mm×2000mm；匹配规格120mm×120mm×10mm高强螺母与高强拱形托盘。打钻时候孔直径是28mm，每孔放置型号是K2335与Z2360各1支树脂药卷。梯子梁采用Φ14mm的钢筋自行制作（梯子梁钢筋比顶板稍细），长度为3000mm，两端封闭；巷道两帮金属网型号确定为3000mm×1100mm用加工成的菱形网，相邻网之间搭接大约100mm，用铁丝来进行连结。煤柱侧锚杆预紧力矩应大于300 N·m。

3.3 顶板锚索

确定用Φ17.8mm×6300mm的1×7股的高强锚索，锚索的有效长度为6.0 m，排距为2.0 m，锚索间距1.6 m，锚索一排布置2根。施工时候锚索用型号一支K2335，两支Z23603卷树脂药卷来进行锚固剂锚固，在锚索锚固端1300mm地方加挡圈，有效锚固长度约是1400mm。锚索托盘匹配300mm×300mm×12mm的高强平托盘，施工时锚索预紧力应≥200 kN。锚索设计锚固力大于300 kN[3]。

图2 回风顺槽锚杆、锚索支护

4 现场工业性实验

4.1 顶底板及两帮位移监测

为了系统检查巷道锚杆支护工作情况，实时监测巷道变形状况，从而确定巷道的稳定程度，采取适当的处理措施。上个工作面回采完，成采空区并且巷道稳定后，本工作面进行回采。根据现场围岩变形情况在回风顺槽开口往里100 m处布置一个测站，间隔70 m布置第2个测站，观测点应在巷道掘出后及时布设，在巷道监测中如果遇到问题，需要及时和工作人员沟通反映情况。

4.2 监测结果及分析

通过对测站的巷道表面变形量进行监测，汇总测站的观测数据，测站围岩随时间位移量（见图3），围岩随时间变形速率（见图4）。

通过图4可看出，巷道两帮和顶底板的移近速度最大时候在监测的前11 d内，图3中巷道两帮前10 d移近量为110mm左右内，在此后的第11～28 d之间巷道两帮移近速度开始逐渐放缓，巷道两帮移近量最终稳定在120mm左右；巷道顶底板移近量最终稳定在180mm左右[4]。

图3 测站围岩随时间位移量

图4 围岩随时间变形速率

5 结语

现场监测结果表明巷道围岩变形量下降并且巷道围岩变形速度在30d内逐渐趋于稳定，受二次采动影响回风顺槽围岩变形得到有效控制，说明采用U型钢支架+锚网索组合支护方案支护效果较好。控制了围岩的进一步破坏，达到了预期的效果，满足了矿井巷道保持长期稳定的要求[5]。

〔1〕樊正兴，谢文兵.采动影响下煤层上山巷道支护技术[J/OL].煤炭科学技术，2012，40（1）：12-15.

〔2〕张科学，刘向增，郭 坤，等.采动影响下回采巷道底鼓控制技术[J].煤矿安全，2011，42（7）：65-68.

〔3〕冯江兵，张科学，路希伟，等.采动影响下回采巷道底鼓机理及实用性技术研究[J].煤炭技术，2011，30（3）：68-70.

〔4〕赵 磊，吴国华.锚杆-锚索支护在采动影响巷道修复中的应用[J].山东煤炭科技，2010（3）：10-11.

〔5〕刘建军，吕志强，郭敏江.邻近工作面采动影响下巷道矿压规律研究[J].煤炭科技，2009（1）：81-83.