综放工作面过空巷超前支护方案设计

孙志刚

(汾西矿业集团水峪煤业，山西 孝义 032300)

引 言

由于历史上的开采局限性，我国中西部矿区受到许多小煤矿的开采，对整块煤炭资源的破坏性较大，同时遗留了许多地质生产条件不明的废弃巷道。近年来，国家大力提倡发展安全高效矿井，推进煤炭资源整合和煤矿企业兼并重组，而整合后的煤矿企业在对保有资源重新布置回采的过程中，各类遗留废弃巷道的存在对新的采掘工作造成重大困难及隐患，在快速推进及顶板保障方面我们还有大量的技术难点未实现突破[1-3]。其技术难点主要在于，空巷形成时间长，经历多个采动期，应力环境复杂，回采巷道及工作面围岩变形大，破碎松散，加之工作面推进时的超前压力叠加，造成增高的应力环境及无法自稳的围岩条件，对我们的支护工作提出重大挑战。因此，有必要在工作面推采前，对前方空巷进行一定程度的超前支护，从而保证空巷顶板在工作面揭露时不会大面积冒落、垮塌，保证工作面过空巷期间的顶板有效支护及安全。本文即针对某矿9102工作面特殊地质生产条件下的空巷超前支护展开研究。

1 地质生产概况

该矿工作面平均埋深为114 m，走向为南北方向，走向长度1 089 m～1 121 m，倾斜长度170 m，煤层厚度6.22 m，煤层倾角近水平，使用综放工艺。直接顶为平均厚度约3 m的砂岩，裂隙较发育，承载力弱，老顶为平均厚度达到15 m的粗砂岩，赋存相对稳定，承载力较强。根据现有的地质生产资料显示，9102工作面推采范围内分布有63#等多处老空巷道，这些巷道年久失修，原为无支护巷道或支护早已失效。巷道分布图，如第145页图1所示。

2 空巷超前支护难点分析

本工作面空巷分支、分叉较多，且空巷形成时间长，经历多个采动期，应力环境复杂，煤帮及顶板煤体极为破碎，且在工作面过第一条空巷过程中，已显示出诸多控制难点。

1) 矿山压力强度明显增大。空巷存在使采场上覆岩层扰动性增强，在煤体内形成高应力区和弹性能积聚区，易发生工作面顶板沿煤壁切落等顶板事故，例如某矿2404、2405工作面过空巷时就发生过顶板下切1.0 m左右的险情。见第145图2。

2) 工作面与空巷交叉区域煤岩体稳定性差。工作面揭露空巷过程中，端面煤体破碎，支架接顶状况差，工作面与空巷交叉区域顶板冒漏严重，且空巷揭露后的煤壁为原空巷的破碎巷帮，易片帮，如第 页图2所示，为本工作面揭露首条斜交空巷时三角煤破坏及顶板冒漏状况。

3) 通过数值模拟工具，确定9102工作面推至前需对老空巷道进行超前支护处理，合理的超前支护距离为约50 m，推进至50 m范围内时前方煤体及巷道围岩受超前支承压力影响，会逐渐出现应力性的塑性变形，此后工作面推进至空巷揭露应更加注重支架-围岩稳定性控制。

3 空巷超前支护方案设计

根据上述研究结果及现场矿压观测，对空巷的超前支护方案进行设计，超前支护距离为50 m，支护方案包括顶帮锚杆索支护或木垛加强支护，具体支护方案如下：

图1 工作面空巷分布状况示意图

图2 揭露空巷时矿压显现

根据图3所示，超前支护方案，顶板支护采用锚杆索协同支护方案，锚索参数为长6 000 mm，钢绞线直径17.8 mm，2 400 mm打设一排，每排两根，间距2 000 mm，每根锚索使用3支超快2360锚固剂；锚杆参数为长2 200 mm的螺纹钢锚杆，直径18 mm，1 200 mm打设一排，每排三根，间距分别为800 mm、1 200 mm、1 200 mm、800 mm，每根锚杆各使用一支快速和超快锚固剂。巷道如果出现冒顶，则可根据现场进行打木垛支护。支护参数，如图3所示。

空巷巷帮支护采用锚杆支护及注浆协同支护方案。巷道左侧帮部使用玻璃钢锚杆支护，参数为1 800 mm×Φ18 mm，排距同顶板为1 200 mm，间距自上而下分别为500 mm、1 000 mm、1 000 mm、500 mm，使用一支超快锚固剂端头锚固；巷道右帮使用马丽散注浆加固，注浆孔布置排距1 200 mm，每排两个上、下注浆孔，间距1 000 mm，孔斜向上10°打设，注浆孔参数3 000 mm×Φ42 mm，浆液成分按照马丽散和催化剂1∶1的比例配置，浆液按照双管分别运输，孔内混合注浆工艺[4]。

图3 空巷超强支护方案(单位：mm)

4 结论

现场实践表明，在采用上述超前支护方案后，空巷围岩位移观测显示：在工作面接近空巷的整个观测期内，顶底板移近量范围介于80 mm至300 mm，两帮移近量范围介于70 mm～500 mm，空巷围岩发生一定变形，这是矿山压力显现的必然结果，但巷道整体处于稳定可控状态，未发生大范围的冒顶片帮现象。据工作面推进过第一条空巷的端面煤岩体控制的数据统计显示，工作面过空巷过程中，煤壁片帮深度主要集中在0 m～0.25 m范围内，占到88.6%，整体稳定可控；端面煤体冒顶高度主要集中在0 m～0.5 m范围内，占到87.0%，深度超过0.75 m的冒高占统计总量的4.5%。数据统计结果显示综放面过空巷过程中端面冒顶片帮事故得到较好控制，有效保证了工作面支架-围岩稳定性，对本工作面后续过其他空巷、本矿井及其他类似矿井过空巷有很好的借鉴意义。