大采高工作面回采巷道巷耦合让均压支护技术研究

武炳楠

【摘 要】 文章以受动压影响明显的23022巷围岩控制为工程背景，采用耦合让均压支护技术对围岩进行控制，并详细对支护方案以及支护效果进行分析与研究。研究结果表明：1）23022巷围岩变形控制困难原因主要是受2302及2304采面采动动压影响，围岩破碎，原有的支护体系结构失效，从而造成围岩变形量过大，需多次进行修整;2）采用耦合让均压支护后，支护体系可与围岩耦合作用共同承担采动动压影响，提升围岩承载能力并降低围岩变形;3）根据23022巷围岩受力特点，将支护方案划分成巷道掘进时以及2302采面回采后两个阶段，不仅可提升巷道掘进效率而且可对留巷巷道进行补强。现场应用后23022巷顶底板、巷帮最大变形量分别为0.6m、0.5m，巷道围岩稳定、断面积可满足2304采面回采需要。

【关键词】 大采高;动压影响;回采巷道;小煤柱;让均压支护

随着矿井生产能力的提升，为了便于通风、行人以及煤炭、设备、材料运输，井下采煤工作面回采巷道数量由传统的2条向3条甚至4条方向发展。为了降低巷道掘进工作量，采面回采巷道往往保留1～2条作为邻近采面回采巷道使用，同时为降低煤炭资源损失往往采用小煤柱护巷方式维护巷道围岩稳定。保留的巷道会受到采面采动动压影响，造成围岩控制困难，特别是大采高工作面矿压显现更为明显，给留巷工作带来显著影响。如何确保大采高回采工作面动压影响巷道围岩稳定是煤炭回采时需要解决的现实问题，因此，文中就提出采用耦合让均压支护技术对大采高工作面留巷围岩进行控制，并进行现场应用取得显著效果，以期能为其他矿井动压影响巷道围岩控制提供一定借鉴。

1工程概况

1.1地质概况

2302工作面开采的3号煤层埋深平均520m，平均厚5.5m，采用大采高开采工艺。直接顶为3.82m泥岩;老顶为10.56m坚硬砂岩;直接底为9.89m砂质泥岩、泥岩。23021巷、23022巷分别为2304大采高工作面主运输及辅运巷，其中23022辅运巷保留下为后续2304工作面生产服务，具体采面位置关系见图1所示。

1.2巷道原支护设计

23022设计断面为矩形，宽、高分别为5.6m、3.9m，沿顶板掘进，采用高强锚杆+金属网+钢筋托梁方式支护，锚索补强。锚杆型号为MSGLW-500/22/2400（22mm×2400mm），顶板5根、巷帮各4根，间排距分别为1m×1m、0.8m×1m;锚索型号为SKP22×1/1720×6300（φ22mm×6300mm），顶板每排3根、巷帮每排2根，间排距均为1.5m×1.5m，锚索均布置在两锚杆间。

1.3巷道支护存在问题分析

23022巷采用的联合支护方式支护强度高，在巷道掘进以及2302采面回采过程中虽然受到矿压影响，巷道围岩变形量仍可满足巷道使用需要。在2302采面回采时在采动压力作用下23022巷出现一定程度顶板下沉、底鼓以及巷帮收敛问题，为了确保巷道正常使用在2304采面回采前需要对23022巷进行必要的拉底、扩帮工作。由于23022巷采用的锚网索无法与巷道围岩耦合变形，部分锚杆、锚索在丝部、距离托盘1.5m附近出现破断，给巷道安全使用带来一定影响。

同时23022巷原支护设计的顶板、巷帮锚索数量较多，会在一定程度上制约巷道掘进效率。因此，需要根据23022巷实际地质条件、采动动压影响显著特点，采用一种更为经济、适应于更强的围岩控制方式，确保巷道使用安全。为此，文中提出采用耦合让均压支护技术对23022留巷巷道围岩进行控制。

2耦合让均压支护设计

2.1锚杆、锚索长度设计

锚杆、锚索长度确定多通过数值模拟、工程类比以及理论计算法确定，该矿多年来开采的3号煤层均采用2.4m锚杆、顶板锚索6.3m、巷帮锚索4.3m。在正常回采采面内锚杆、锚索长度可满足使用需要，但当巷道受到采用多次影响时巷道围岩变形量较大，依据巷道围岩破碎圈理论并结合巷道断面规格，决定将巷道锚杆长度由2.4m增加至2.8m，锚索参数保持不变。依据现场布置情况，再决定是否对锚杆、锚索规格参数进行调整。

2.2锚杆、锚索预应力

合理的预应力可显著控制巷道围岩早期变形。预应力过小会使得巷道围岩早期变形量过大、围岩松动破碎圈范围增加;预应力过大则会增加锚杆、锚索安装耗时，不利于提升巷道掘进效率。采用数值模拟得到20kN、40kN不同预应力下巷道頂板离层情况见图2～3所示。

从图2～3中看出，当锚杆预应力大于40kN时即可满足巷道围岩控制需要。根据矿井锚杆、锚索安装经验，最终确定锚杆预应力为40kN、顶板锚索及巷帮锚索预应力分别为120kN、80kN。

2.3锚杆、锚索支护参数

根据矿井以往支护设计并采用工程类比法最终确定23022巷支护参数为：

2.3.1锚杆参数

23022巷顶板、巷帮采用φ22mm×2800mm让压锚杆，杆体材质为高强螺纹钢（Q500），锚杆安装时施加预应力40kN以上，扭矩在260N·m。顶板锚杆间排距为1000mm×1000mm，配合型号15-17TB让压管，最大让压距离为35mm;巷帮锚杆间排距为1100mm×1000mm，配合12-15TB让压管，最大让压距离35mm。

锚杆配合使用球形托盘，规格为：150mm×150mm×10mm。顶板锚杆配合宽275mm、长5300mm的六孔W钢带支护;巷帮锚杆安装时配合采用宽275mm、长1500mm的两孔W钢带。

2.3.2锚索参数

顶板采用φ21.8mm×6300mm耦合让压锚索，安装预应力为120kN，配合采用26-30TB让压管，最大让压距离达到50mm，间排距为1500mm×1000mm，每排布置3根;巷帮采用φ18.9mm×6300mm耦合让压锚索，安装预应力为100kN，配合采用21-25TB让压管，在煤柱帮布置耦合让压锚索，间排距为1200mm×1000mm，每排2根。

耦合让压锚索支护配合采用的球形托盘，规格为：300mm×300mm×14mm。

2.4耦合让均压支护方案

为了缓解矿井采掘接替紧张局面，考虑到23022巷在掘进期间变形量较小，围岩变形主要发生在2302、2304采面回采期间，为此将巷道支护方案具体细分为23022巷掘进期间以及2302采面回采后、2304采面回采前加固两个部分。具体23022巷掘进期间巷道支护方案见图4所示。

在2302采面回采后、2304采面回采前在巷道顶板布置锚索对顶板进行补强加固，补打锚索后巷道顶板每排3个锚索，间排距为3000mm×1000mm;煤柱侧每排布置2根耦合让压锚索。具体巷道加固后的支护方案见图5所示。

3巷道支护效果分析

采用耦合让压锚杆、锚索后在23022巷端头位置每隔50m布置一个测点，对支护后巷道围岩变形进行监测，具体3号测点监测结果见图6。

从围岩变形监测结果看出，巷道支护后围岩变形量呈先增加后趋于稳定趋势，在支护完成16d左右时巷道围岩基本趋于稳定，其中顶板变形量最大57mm、巷帮收敛量最大39mm。

在2302采面回采完30d后，对23022巷围岩变形量进行监测，发现巷道顶底板变形量在0.4～0.6m、巷帮变形量0.3～0.5m，变形后的巷道断面可满足后续2304采面回采需要。具体在2304采面回采前23022巷围岩现场变形情况见图7所示。

4总结

针对矿井23022巷在2302采面采动动压影响下围岩变形量较大、后续修整工作量大问题，通过采用让压锚杆、锚索有效控制巷道围岩变形，为后续2304采面回采创造良好条件。

针对23022巷围岩受力特点（两次动压影响，即2302、2304采面采动压力双重影响），将巷道支护方案细分为巷道掘进后以及2302采面回采后、2304采面回采前补强加固两个部分，采用的支护方案不仅可减少巷道掘进时围岩支护耗时而且可确保23022巷后续使用安全。

现场应用后，23022巷围岩变形量整体处于稳定状态，巷道顶底板、巷帮最大变形量分別为0.8m、0.5m，围岩变形不会给后续2304采面回采带来不利影响。在23022巷采用耦合让均压支护技术后，为2304采面高效生产创造了良好条件。

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