切顶卸压自动成巷支护工艺实践探析

薛杰毅

（霍州煤电集团吕梁山煤电有限公司木瓜煤矿，山西 方山 033100）

1 工程概况

霍煤方山木瓜煤矿10-102 工作面位于一采区准备巷道左翼，上部为9-104、9-106 采空区。该工作面以北为一采区三条大巷，以南为实体煤，紧邻采区采掘边界线，以西紧邻10-106 采空区，以东紧邻10-100 掘进工作面，靠近南区三条大巷。回采区域与上覆9#煤层间距为0.9～8.5m，平均4.7m，10-1021 巷末端层间距较薄。矿井10-102 工作面走向全长586m，煤层平均厚度2.8m，开切眼距停采线653m，102 综采工作面沿空留巷长度约为180m。根据矿压资料显示，该工作面初期来压步距在18～25m 之间，岩石碎胀系数为1.52。

2 切顶卸压沿空留巷支护设计

2.1 巷旁加强支护

为有效维护巷道围岩稳定性，防止顶板破碎围岩大面积垮落进入巷道内部，影响机电设备的正常运行与工作面的推进，提出通过巷旁加强支护改善围岩破碎情况[1]。具体方法拟采用单体支柱+11#工字钢+钢筋网在支架后方进行补强支护，在工作面破碎区域，进行单体支柱配合工字钢联合支护。各单体支柱的间距为0.6m，采用间隔均匀布置的方式，11#工字钢固定在各单体支架之间，各工字钢的间距为0.6m，工字钢通过钢筋网进行固定，钢筋网规格为2300mm×800mm。巷旁加强支护断面如图1所示。

图1 巷旁加强支护断面图

2.2 巷内加强支护

在端头支架后面的15m 之内，在单体支柱的顶部架设花边粱，花边粱规格为2.4m；15m 以外的区域，设置单体支柱、花边粱，规格为4.2m，布置方式为一梁四柱。巷道破碎处进行加密支护。工作面推进100m 之后，花边粱以及单体支柱均可回收利用[2]。巷内加强支护示意如图2 所示。

图2 巷内加强支护示意图

2.3 注浆锚杆围岩控制技术

10-102 工作面顶板为复合型顶板，在通过预裂爆破进行切顶卸压的过程中，顶板破碎严重，垮落的区域较大。由于垮落岩体松软破碎，形成的充填支护体结构整体性较差，难以形成稳定的支护结构对上覆煤岩体进行有效承载。针对该现象，提出对周围松软破碎的围岩进行注浆加固处理，即在巷道围岩体中打设注浆锚杆，通过压力泵对钻孔注射填充浆液，使浆液与围岩充分接触、扩散，充满围岩的裂隙。在注浆液体凝固后，将巷道松软破碎的围岩凝结成一个结构性完整的承载体，与巷旁支护体共同形成支护结构，有效控制围岩体的变形情况，保证围岩的稳定性[3]。

设计每个断面打设三排注浆锚杆，底排锚杆位于巷道底板上方0.3m 处，各锚杆间排距为0.8m×0.8m，保证注浆孔与巷道两帮垂直。注浆锚杆布置示意图如图3 所示。

图3 注浆锚杆布置示意图

注浆选用的材料为双液水泥浆，主要成分为水泥、水与水玻璃。在注浆过程中，需控制注浆压力在5MPa 以上，持续观测注浆压力计示数变化，待各钻孔注浆压力稳定在9～10MPa 之间时，注浆完成[4-5]。

为了检测注浆水泥量对锚杆扭矩值的影响作用，在102 工作面运输巷道进行了水泥用量测验。在试验区段，分别用100kg、200kg、250kg 的水泥进行钻孔注浆，在注浆完成后的一段时间，通过扭矩扳手进行抗扭矩分析。三种不同水泥使用量与锚杆抗扭矩的关系如图4 所示。

图4 三种水泥用量与锚杆抗扭矩关系

通过图4 可以看出，在注浆完成的第1d 前后，水泥用量为100kg、200kg、250kg 的锚杆抗扭矩值分别为174N·m、245N·m 和260N·m；在注浆完成的第2d 前后，水泥用量为100kg、200kg、250kg 的锚杆抗扭矩值分别为360N·m、400N·m和415N·m；在注浆完成的第3d 前后，水泥用量为100kg、200kg、250kg 的锚杆抗扭矩值分别为438N·m、500N·m 和500N·m；在注浆完成的第4d前后，水泥用量为100kg、200kg、250kg 的锚杆抗扭矩值趋于稳定。三种不同水泥用量的抗扭矩值都达到了500N·m。

通过对数据分析可知，当水泥用量为250kg 时，注浆锚杆在初期的抗扭矩值变化率较大，在相同的注浆周期内，抗扭矩值高于其他两种方案。在注浆时间达到4d 以后，三种方案的锚杆抗扭矩值达到一致。针对围岩破碎严重，亟待维护的区域，采用水泥用量为250kg 的注浆方案能够更有效地控制围岩变形发展，维护巷道围岩的稳定性。

2.4 采空区挡矸支护

通过预裂爆破进行切顶卸压后，在切缝附近往往会出现顶板破碎甚至伴随局部大面积垮落的现象。随着工作面的推进，邻近采空区附近的围岩垮落，对工作面的支护与推进造成严重影响[6]。针对这种现象，提出在工作面回采结束前，对切缝超前工作面的25m 位置处进行单体加强支护的技术手段。即在切缝侧巷旁采用11#工钢配合单体支柱进行围岩稳定性控制，各单体支架与11#工字钢的相邻间距均0.6m。在顶板破碎严重，支护困难的区域，需利用钢筋网进行支护加固，钢筋网的规格为2300mm×800mm。

3 效果

在10-102 工作面进行了顶板离层监测、支柱下缩量记录与巷道侧向应力的监测。监测结果表明，巷道离层现象在与开切眼超过95m 时逐渐趋于稳定。其中，顶板离层的最大值为55.3mm，顶板离层的平均值为26.4mm，顶板离层程度属于中等水平；加强支护的单体支柱的活柱最大下缩量为198mm，支柱承载压力在正常范围内；巷道侧向压力在远离工作面推进方向28m 处逐渐趋于稳定，侧向压力平均值为2.3MPa，支护区域围岩稳定，没有出现大面积垮落、片帮的现象，围岩稳定性得到了有效控制。

4 结语

以10-102 工作面为研究对象，针对切顶卸压巷道复合顶板破碎严重、维护困难的难题，设计并实施了巷道加强支护技术。通过对支护区域进行的顶板离层监测、支柱下缩量记录与巷道侧向应力监测，表明该工艺能够有效控制围岩变形情况，保证围岩体结构的稳定性，消除工作面潜在的矿压威胁，实现矿井回采工作面的快速推进与安全回采。