18105回风顺槽二次动压巷道围岩控制技术应用

王 炎， 田王健

(1.山西王家岭煤业有限公司，山西 忻州 036600； 2.山西煤炭运销集团科学技术研究有限公司公司，山西 太原 030002)

引 言

近距离回采巷道受工作面回采应力及采空区残余应力影响，巷道围岩出现失稳现象，巷帮煤柱支承作用力及顶板岩体承载能力降低，使回采巷道两帮、顶底板产生垂直剪切应力，导致巷道两帮移近量大、顶板破碎、底板鼓起等围岩变形现象，从而严重影响着工作面安全稳定回采；传统锚杆、锚索支护在多重应力影响区巷道内支护效果差，必须根据应力区巷道围岩受力情况，采取合理有效的加强支护措施[1-3]。本文以王家岭煤矿18105回风顺槽为例，对巷道围岩二次动压受力情况进行分析，并采取了“棚架支护+注浆加固”等联合围岩控制措施。

1 工程概述

王家岭煤业有限公司18105回风顺槽位于井田一采区北翼，巷道北部为回采煤层，东部为18103运输顺槽，间隔保安煤柱宽度为24.5 m,南部为一采区集中大巷，西部为18105工作面；18105回风顺槽为留巷巷道，为两个回采面服务，18103回采时作为其辅运兼进风巷，18105回采时作为其回风顺槽，如图1所示。

18105回风顺槽设计长度为1 800 m，18105回风顺槽沿4#煤底板掘进，施工巷道为矩形断面，巷道断面规格为5.5 m×4.2 m(宽×高)。4#煤层全区钻孔揭露其可采厚度为4.02 m～11.70 m，平均厚7.69 m，呈北厚南薄之势，煤层结构较复杂，含矸多为2层～3层，夹矸岩性以泥岩、砂质泥岩为主。煤层顶板以上0 m～5.6 m为4#煤层，黑色半暗型，夹有2层～3层夹矸；5.6 m～9.5 m为泥质砂岩，呈灰黑色，泥质胶结；9.5 m～16.3 m为中粒砂岩，呈灰色，钙质胶结；16.3 m～17.7 m为细砂岩，岩层呈深灰色，钙质胶结；17.7 m～20.6 m为粗砂岩。4#煤直接底为0.9 m泥岩，老底为4.7 m砂岩。

图1 18105回风顺槽平面布置图

2 18105回风顺槽原支护设计及围岩应力分析

2.1 巷道原支护设计

2.1.1 原有支护情况

1) 顶板锚杆采用Ф22 mm×2 400 mm左旋无纵筋螺纹钢锚杆，配套150 mm×150 mm×10mm蝶形托盘，间排距1 000 mm×800 mm，每排6根，矩形布置，每根锚杆配1支型号为K2335和1支Z2360的树脂锚固剂，拉拔力不小于100 kN，扭矩不小于200 N·m。托梁采用Ф16的圆钢焊制，孔大小为80 mm×80 mm，孔距1 000 mm，长度5 200 mm，宽度80 mm。

2) 顶板锚索采用Φ17.8 mm×7 300 mm，间排距1 600 mm×1 600 mm，MX锁具，托板为300 mm×300 mm×16 mm钢板托盘，每排3根，矩形布置，每根锚索使用1支K2335和2支Z2360锚固剂进行锚固，拉拔力不小于150 kN。锚索布置在锚杆排中间。

3) 右帮锚杆采用Ф22 mm×2 400 mm左旋无纵筋螺纹钢锚杆，左帮锚杆采用Ф20 mm×2 000 mm玻璃钢锚杆，配套150 mm×150 mm×10 mm蝶形托盘，锚杆间排距800 mm×800 mm，每帮布置5根，矩形布置，每根锚杆配1支Z2360的树脂锚固剂，拉拔力不小于70 kN，扭矩不小于100 N·m。

2.1.2 前期加固情况

1) 顶板补强支护方式为：在原两排锚索之间增加“锚索+ω钢带”联合直护，每排3根锚索，间排距1 600 mm×1 600 mm；锚索规格为19芯Ф22 mm×8 300 mm柔性锚索(锚索长度根据顶板岩性调整，保证锚固到深部稳定岩层中不小于1.5 m)；锚索托盘规格为300 mm×300 mm×20 mm穹形托盘，配套调心球垫和减摩垫片；每孔使用1支CK2360和2支K2360锚固剂进行锚固，拉拔力不小于200 kN，ω钢带规格为4 500 mm×140 mm×8 mm(长×宽×厚)。

2) 右帮补强方式为：每隔800 mm施工一根帮锚索和少量帮锚杆。左帮由于风筒和风水管路，基本不补强。加固后顶板支护平面如图2所示。

图2 加固后顶板支护平面图(mm)

2.2 巷道围岩受压情况分析

根据现场观察情况，结合巷道补强支护情况可以发现：

1) 从工作面回风顺槽超前支护段至1 350 m段巷道受压影响最大，受回采超前支撑压力及邻近采空区侧向压力挤压影响，现已影响工作面机尾超前支架、过渡支架的正常推移，影响了回采工作面的正常生产。该段巷道顶板下沉严重，两帮煤柱明显松动，应立即进行加强支护。

2) 1 350 m至1 250 m段巷道、920 m至800 m段巷道、320 m至270 m段巷道、270 m至200 m段巷道顶板局部破碎、巷道两肩部煤体破碎鼓出，且局部仍有“煤炮”声。说明该段巷道仍受邻近采空区侧动压影响，是需要加强支护的重点地段。

3) 950 m至920 m段巷道、700 m至550 m段巷道、450 m至400 m段巷道、400 m至370 m段巷道、370 m至320 m段巷道顶板、两帮煤体破碎，且已有部分巷帮煤体垮落。说明该段巷道受动压影响明显，需要对巷道围岩深部变形情况进行探测，根据围岩松动圈范围大小，采用注浆加固的方法提高围岩强度。

4) 1 150 m至950 m段巷道、270 m至200 m段、200 m至停采线段巷道顶板较完整、两帮煤体变形不明显。建议暂不进行加固维护。

5) 初步确定在巷道200、250、350、450、550、730、830、980、1 050、1 350、1 480、1 600 m处进行顶板围岩结构窥视工作，以确定巷道顶板离层层位、破碎范围，为补强支护、注浆加固提供依据。

3 应力区巷道加固维护方案

本次巷道维护的主要目的是：保证回采工作面的正常推进；保证巷道正常的胶轮运输、通风断面；保证巷道在回采期间不发生大面积漏顶、冒顶；巷道维护后要求净高不低于3 500 mm,净宽不低于4 000 mm。由于该段巷道已进行过两次补强支护，顶帮锚索、锚杆密度较大，不宜再进行锚索补强。因此，主要采用架棚支护、注浆加固为主的维护方式。

1) 工作面回风顺槽超前支护段至1350m段巷道：采用棚架支护+注浆加固的维护方案。维护前，首先对维护区域巷道破碎顶板段、巷肩破碎段进行注浆加固，注浆加固的范围根据顶板窥视情况逐段确定，以保证形成加固圈，原则上加固范围应大于顶帮锚杆长度[4-5]。

2) 注浆完成后架棚前，首先对煤柱帮侧进行刷帮，清除破碎煤体，刷帮宽度以满足巷道净宽要求为准,作业时采用风镐人工作业方式对巷帮进行平整。刷帮完成后采用“挂网+皮带+锚索”进行联合支护，其中皮带由顶到帮纵向布置，参数500 mm×2 200 mm(宽×长)，每条皮带配套2根锚索，锚索Ф22 mm×5 000 mm，间排距1 600 mm×1 600 mm，每根锚索使用1支MSK2360和2支MSZ2360树脂锚固剂，抗拔力不小于200 KN。网片采用双层网，内侧用10#菱形铁丝网，网孔50 mm×50 mm;外侧用Ф6 mm钢筋网，网孔100 mm×100 mm。

3) 架棚采用11#工字钢棚梁，单体液压支柱棚腿，一梁两柱，棚架间距1 m。棚腿必须支在实底上，严禁支设在浮煤、活矸上，且打牢打实，并加挂防倒柱绳；顶板压力明显的地段采用“对棚”方式加强支护，两棚间距不大于150 mm。

4) 巷道局部肩部有漏顶的地段采用注化学浆进行加固，若漏顶范围及深度均较大时，则还需要搭假顶注充填材料，注浆完成后再视现场情况采用 “单体柱+工字钢”架棚支护顶板。

5) 顶板锚索断锚、锁具下滑地段要求重新补打锚索，锚索Ф22 mm×8 000 mm，配套300 mm×300 mm穹形托盘，每根锚索使用1支MSK2360和2支MSZ2360树脂锚固剂，抗拔力不小于200 kN。

6) 顶板较完整，巷道两帮严重突出的区域，刷扩作业时原则上只在煤柱帮进行，回采帮不宜进行刷扩。刷扩完成后应立即对扩帮处重新进行挂网支护，并注浆加固。巷道底鼓严重、影响胶轮车运输的地段，可直接进行起底作业。

4 结语

截止目前8103工作面已回采结束，8105工作面已回采至500 m采位，8105回风顺槽加固后通过1个月围岩变形情况观察发现，8103工作面回采期间，在工作面前50 m，工作面后30 m范围内受回采应力及采空区残余应力影响，巷道围岩变形相对严重，顶板最大下沉量为0.12 m，两帮移进量为0.34 m，但未出现顶板破碎、断裂现象；在8105工作面回采时受二次采动影响，在工作面前50 m范围内围岩出现局部变形，但通过加固措施及时对围岩变形进行有效控制，在8103、8105工作面回采中未出现大面积冒顶、破碎等事故，加固措施对二次采动影响的回采巷道围岩边起到预期控制作用，取得了显著应用成效。