二次动压巷道支护优化技术应用

姜 泽

（山西焦煤集团有限公司东曲煤矿，山西 太原 030200）

东曲矿二采区8#煤工作面一般采用“一进一回、一面四巷”的巷道布置方式，分别为进风顺槽、回风顺槽和走向高抽巷、低位抽采巷，其中，进风、回风顺槽和低位抽采巷为煤巷，高抽巷为岩巷。掘进期间，煤巷掘进通常采用双巷掘进方式，同时掘进两条煤巷。28206工作面回风巷与邻近工作面进风巷之间以25m煤柱相隔，邻近工作面进风巷除作为掘进通风巷以外，主要在上一工作面回采结束后，作为邻近的下一工作面进风巷继续使用。

根据前期生产经验，由于该巷道多次受到采动影响，变形比较剧烈，巷道两帮、巷道底板情况最差，变形量比较大，两帮移近最大l650mm，底鼓量最大1370mm，巷道断面不能满足生产需要。

1 试验巷道生产条件及地质情况

28206工作面开采煤层为8#煤层，属稳定大部可采的厚煤层，煤质松软、煤层厚度较稳定，平均煤厚5.11m，煤层夹矸为泥岩，平均厚度1.3m，煤层倾角为0～9°，平均倾角为3.5°。

由28206工作面内钻孔资料可知：8#煤层直接顶板为K2下石灰岩，局部有薄层炭质泥岩伪顶，底板为泥岩、砂质泥岩，局部为粉砂岩或细粒砂岩。

28206进风巷与28204工作面之间留设25m煤柱，巷道沿8#煤层顶板掘进，巷道断面为矩形，高3.7m，宽5.0m，断面积18.5m2。但巷道受到28204工作面回采影响，巷道围岩应力出现不平衡状态，巷道底板和煤柱帮变形较大，影响尤其严重，28206、28204工作面位置关系如图1所示。

图1 28204、28206工作面平面图

2 二次动压巷道破碎松动圈范围研究

巷道掘进期间，围岩松动圈范围的大小在很大程度上决定了围岩的破坏程度。围岩松动圈范围越大，巷道破坏范围及破坏程度越严重，巷道变形相应越大。为合理优化、改进支护设计方案，选择钻孔窥视仪对28206进风顺槽围岩松动、破坏范围进行探视研究，通过直接观测的方法确定松动圈的破坏范围。测试地点距掘进掌头20m，测站处断面布置如图2所示。

图2 28206进风巷钻孔布置示意图（mm）

1#和2#钻孔位于28206进风巷北帮，靠近28204工作面采空区。

窥视结果如下：

（1）从北帮1#和2#钻孔可知，在煤体0.6～1.9m的距离范围内，破裂程度较高；4.2～4.4m范围内，围岩破坏程度较高；4.8m范围以外，围岩破碎程度开始下降；在5.9m以上时，围岩完整。可判断北帮围岩松动圈大小在3.3m左右。

（2）从南帮4#和5#钻孔可知，在0.5m范围内，围岩严重破坏；1.0～3.0m范围内，出现差异分界面；大约3.5m时，破碎程度开始下降。可得知南帮松动圈大小范围在3.2m左右。

（3）从顶板3#钻孔观测可知，在1.0～2.4m范围内，围岩出现微小裂隙，随着范围的进一步扩大，围岩深处观测不到明显裂隙。因此，判断顶板松动圈大小为1.3m。

3 支护参数优化方案

根据现场调研和初步分析，28206进风巷支护应严格注意两处，巷道顶板和两帮及底角，巷道北帮的完整性维护是支护设计的重点。因此，巷道支护设计应着重实现：提高巷道顶板的支护强度，进一步控制顶板下沉，重点加强对靠近采空区侧的一帮支护强度，强化护巷煤柱的承载能力。优化后支护方式及参数如下：

①顶板采用高强预应力锚索支护、W型钢带、金属网联合支护；

②两帮采用高强预应力锚杆、钢带、金属网加强支护：两帮采用“三高”锚杆、钢筋钢带、金属网或钢筋网联合预拉力钢绞线支护；

③28204工作面生产完成后，针对28206进、回风变形较大或不能使用的巷道进行适当刷大和二次加固。

④始支护设计及支护参数。顶部：顶板每排3根Φ17.8mm，L6200mm的锚索，锚索间距1000mm。考虑到施工进度和巷道服务期限的关系，具体施工时每排锚索布置3根，锚索间距1000mm、2000m，排距1000mm。

两帮支护：因为28206进风巷采高大、巷道断面较大、煤层厚度大，考虑初始支护设计中两帮4根锚杆用一条钢筋梯子梁连接，实际操作很困难、施工效果差、锚杆失效率高的问题，在巷道掘进过程中，提出了两帮采用“3+1”的锚杆支护形式，即两帮上部3根锚杆通过Φ14mm的钢筋梯子梁连接，两帮底角采用单根锚杆支护。两帮锚杆在安装梯子梁之前各加一块400mm×280mm×4mm钢托板，增加护表面积，提高支护效果。

加固优化方案：在原支护方案的基础上，确定采用Φ21.8mm，长度8200mm的十九股高强度低松弛高预应力钢绞线对顶板进行加固，采用Φ17.8mm、长度4200mm 的九股高强度低松弛高预应力钢绞线对两帮进行加固。

4 现场试验

在采用顶板、两帮加固和补强方案后，28206进风巷掘进期间两帮相对移近量为120～130mm，巷道顶、底板变形量为140～160mm，巷道底鼓较大，但可以满足生产需要，巷道表面位移的关系见图3。

由图可见，28206进风巷变形量的大小逐渐增加，而变形速度却是逐渐变小；巷道掘进30d后，巷道变形量逐渐增大；掘进40d后，巷道围岩趋于稳定；顶底板相对移近量和两帮相对移近量变化趋势基本相同。但在0～20d内瓦排尾巷以两帮变形为主，20d后顶底相对移进量超过两帮变形量，主要表现为巷道底鼓。根据开采经验及矿压观测数据，28204工作面回采时，28206进风巷底鼓会比较严重，需要在工作面回采前采取控制底鼓的措施。

图3 掘进期间28206进风巷表面位移曲线

5 结论

（1） 通过对动压巷道松动圈的观测研究，分析判断深部围岩与浅部围岩以同步变形为主，顶板深部较浅部离层范围较大。

（2） 以高预应力锚索、高强度左旋螺纹钢锚杆、W钢带、大面积护帮托板为基本支护材料，通过加强帮部的小孔径强力锚索，共同提高煤柱的稳定性，巷道围岩整体承载能力大幅度提高，有效控制巷道围岩变形过程。

（3） 实际矿压观测表明，对于二次动压巷道的支护设计不仅能够满足掘进需要，通过加强支护、局部刷巷等补修措施，回采期间，巷道变形可以得到良好的控制，保证了巷道的稳定性，满足回采正常使用。