无煤柱工作面沿空巷掘进支护优化设计

宋时轮

（潞安集团司马煤业有限公司,山西 长治 047105）

综采工作面无煤柱沿空巷在掘进过程中，主要技术难题是对围岩进行有效控制。由于无煤柱工作面回采过程中需对沿空巷进行切顶卸压，破坏沿空巷顶板连续承载梁，降低顶板稳定性，同时工作面在回采过程中对沿空巷帮部围岩产生破坏作用，采用传统巷道锚杆（索）支护无法满足巷道支护需求，必须根据实际情况，采取合理有效的支护措施。本文以司马矿1218 无煤柱工作面沿空巷为例，对巷道初步支护设计主要存在的问题进行分析，并对其进行优化设计。

1 概述

潞安集团司马煤业有限公司1218 轨道巷位于井田二采区，巷道北侧依次为二采区集中回风巷、二采区集中轨道巷、二采区集中胶带巷及二采区集中猴车巷，南侧为1218 工作面未采区，西侧为1206 瓦排巷，东侧为1218 运巷。

为了提高工作面煤柱回采率，1218 工作面采用无煤柱回采工艺。其中1218 轨道巷为沿空巷，设计长度1700m，巷道设计断面规格为宽×高=5.5×3.5m。施工巷道沿3#煤层底板掘进，掘进煤层厚度为5.95m，留顶煤厚度为2.5m。二叠系3#煤层赋存稳定，煤厚变异较小，煤层结构较简单。直接顶为1.7m 的砂质泥岩，基本顶为5.44m 的细砂岩，直接底为0.45m 的泥岩，基本接底为3.75m 的细砂岩和砂质泥岩。

2 巷道原支护设计及问题分析

2.1 巷道原支护设计

2.1.1 顶板支护

（1）原支护设计顶板采用锚杆、锚索支护。顶板采用MSGLW335/20×2000 左旋无纵筋螺纹钢锚杆，锚杆屈服强度为240MPa，锚杆采用加长锚固形式，每根锚杆采用一支MS(CKb+Z)23/35 锚固剂以及一支MSZ23/60 锚固剂进行锚固。

（2） 顶 板 每 排 布 置7 根 锚 杆， 排 距 为900mm，间距850mm，靠近巷帮的顶角锚杆安设角度为与垂线成10°角（朝向巷外），中部5 根锚杆与顶板垂直。锚杆外露端安装一块M 型钢带，钢带规格为长×宽=0.45×0.15m。

（3）顶板锚索采用SKL18.9-1/1860-5300mm预应力钢绞线，锚索抗拉强度为1410MPa，延伸率为4.7%，锚索垂直顶板布置，锚索间排 距 为1600mm×1800mm， 锚 索 配 套 使 用300mm×300mm×16mm 的拱形钢托盘。

2.1.2 巷帮支护

（1）巷帮采用锚杆及双向拉伸式塑料网联合支护，锚杆采用MSGLW335/20×1800 左旋无纵筋螺纹钢锚杆，巷帮共计施工三排护帮，锚杆排距为1000mm，间距为900mm，锚杆外露端安装一块长度及宽度均为200mm 托板。

（2）双向拉伸式塑料网网格为40×40mm，网片3000mm×1100mmm，采用搭接方式，使用16#铅丝双丝双扣，隔孔相连，扭结不少于3 圈，搭接长度为100～200mm。

2.2 问题分析

（1）由于1218 轨道为沿空巷，在以往工作面回采过程中沿空巷顶板受工作面回采压力大，在工作面超前应力区顶板受压最大，支护设计中顶板锚杆、锚索屈服强度低，在应力作用下锚杆折断、变形等失效现象严重。

（2）由于1218 工作面在无煤柱回采过程中，需对沿空巷进行松动爆破切顶卸压施工，切顶施工后破坏了原巷道顶板围岩稳定性，造成巷道顶板承载能力降低，当工作面回采时很容易在切顶缝处形成卸压区，导致顶板出现破碎现象，而原支护设计未对切顶处顶板进行加强支护。

（3）1218 工作面回采后，1218 轨道巷位于采空后的区段将采用挡矸装置、冒落岩体进行支撑，支护强度低，且采空区残余应力向1219 工作面方向传递，导致巷道位于1219工作面侧巷帮受压加大，巷帮出现横向剪切破坏，而原支护设计中巷帮仅采用单锚杆支护，无法控制巷帮片帮、变形现象。

3 巷道围岩支护设计优化

为了提高1218 工作面回采期间沿空巷围岩稳定性，保证巷道支护效果，决定对巷道原支护设计进行优化。

3.1 顶板支护优化设计

3.1.1 锚杆支护优化

（1）为了提高锚杆支护屈服强度，优化后顶板锚杆采用长度为2.5m、直径为22mm 左旋无纵筋螺纹让压锚杆，锚杆屈服强度为520MPa，锚杆采用加长锚固方式，每根锚杆配套两支MS(CKb+Z)23/35 锚固剂以及一支MSZ23/60 锚固剂进行锚固，锚固力不低于210kN。

（2）为了防止顶板产生蠕动变形，锚杆锚固端安装12-13TB 型单泡让压管，最大让压距离为0.4m。为了减少顶板锚杆支护数量以及降低钻孔扰动破坏，优化后巷道顶板每排布置6 根锚杆，锚杆排距为1.2m，间距为1.0m。如图1 所示。

（3）由于原顶板锚杆支护属于点性支护方式，为了提高顶板支护断面，决定顶板同一排锚杆外露端安装一根长度为4.8m、宽度为0.28m“W”型钢带。

图1 1218 轨道巷优化后支护断面示意图

3.1.2 锚索支护优化

（1）为了提高切顶侧巷道顶板稳定性，对巷道顶板施工走向锚索加强支护。锚索采用规格为SKL21.8-1/1860-9300mm 大变形恒阻锚索，锚索抗拉强度为2100MPa，延伸率为8.4%。位于1218 工作面侧顶板锚索间距×排距=1.3×1.8m，第一根锚索距切顶线间距为0.5m。锚索施工后，走向相邻两根锚索安装一根长度为2.0m、宽度为0.18m 槽钢，两排槽钢迈步式布置。如图2 所示。

（2）位于1219 工作面侧顶板锚索间距×排距=1.3×2.0m，横向两根锚索安装一根双钢筋托梁，规格为SB-Φ16-1500-220mm。巷道掘进过程中，回采侧两根锚索与煤柱侧两根锚索交替施工。

3.2 巷帮支护优化设计

（1）优化后巷帮锚杆采用长度为2.0m、直径为20mm玻璃钢锚杆，巷帮共计布置三排，并采用“五花”布置方式。锚杆间排距为1.2m，第一排距顶板间距为0.5m。如图2 所示。

（2）为了防止1218 工作面回采过程中，受回采压力影响造成1219 工作面侧巷帮出现片帮、位移等现象，决定对1219 工作面侧巷帮锚杆安装迈步式梯形梁。梯形梁主要由聚氨酯材料制成，该化学材料具有韧性大、重量轻等优点。梯形梁长度为1.5m，宽度为0.5m，在梯形梁与锚杆之间采用玻璃钢托板预紧。

图2 1218 轨道巷顶板、巷帮支护平面示意图

4 结束语

目前工作面已经回采420m，工作面在回采过程中通过对沿空巷围岩变形情况观察发现：

（1）1218 轨道巷支护优化后，提高了巷道围岩稳定性。工作面初次来压期间，在工作面前方30m 范围内巷道围岩受压变形现象严重，顶板最大下沉量为0.24m，两帮移近量为0.31m，但未出现顶板破碎及锚杆（索）失效现象。

（2）在工作面正常回采期间超前应力区巷道围岩相对稳定，位于切顶线附近顶板下沉现象得到有效控制，最大下沉量为0.12m，位于1219 工作面侧巷帮未出现片帮、大变形现象。

（3）1218 轨道巷支护优化后，为后期无煤柱工作面安全高效回采奠定了基础，减少了后期巷道二次维护成本费用。