综采工作面回采巷道遇破碎顶板控制及管理

荆志星(沈阳焦煤鸡西盛隆矿业有限责任公司鸡东煤矿， 黑龙江 鸡西 158100)

1 前言

巷道掘进揭露断层、陷落柱等地质构造时，巷道顶板岩层破碎、本身承载能力较差，在围岩应力、构造应力作用下巷道围岩变形量较大、顶板容易出现冒落[1-3]。如何确保巷道顶板稳定是巷道掘进过断层破碎带时需要解决的现实问题[4-6]。文中就以6301运输巷过断层破碎带为工程实例，采用数值模拟技术手段对巷道支护参数进行模拟分析并优选出适合巷道实际地质条件的顶板岩层控制技术，确保了巷道掘进及使用安全。

2 工作面概况

6301工作面位于630采区，以西为5305工作面(已回采)，以北为6304工作面(已回采)，以南为南部轨道、胶带大巷及底车场。地面标高+35.2～+36.2m，工作面标高-950.0～-1 044.0m。工作面主采3煤层，平均厚度4.4m，平均倾角7°。直接顶为厚1.8m泥岩，基本顶为厚6.54m细粉砂岩互层，直接底为厚1.44m泥岩，基本底为厚6.10m细砂岩。工作面及周边发育正断层11条，其中4条断层对工作面产生较大影响，在构造作用下围岩岩层破碎，巷道掘进至破碎带时会给巷道围岩稳定带来不利影响。因此，需要针对破碎围岩实际条件采取针对性围岩控制措施并提高顶板的承载能力，减小顶板的破碎程度，实现巷道掘进安全。

3 不同支护方式数值模拟

3.1 模拟方案

FF53断层(H=5.5m，156°∠70°)对6301工作面开采有较大影响，文中就以该断层为分析对象，采用RFPA软件分析6301运输巷掘进该断层影响区域时不同支护参数下的巷道围岩变形情况、围岩受力情况，从而优选出最佳的巷道支护参数。具体巷道支护方式：工字钢架棚支护、锚网索支护(锚杆间排距分别为800mm×800mm、900mm×900mm)。构建的模拟模型长、宽分别为240m、500m，在模型上边界施工5MPa垂向应力，具体工作面顶底板岩性参数见表1。

表1 工作面顶底板岩性参数

3.2 模拟结果分析

1) 工字钢架棚支护

在6301运输巷使用工字钢架棚时，围岩主应力以及声发射图像如图1所示。

从图1得出，6301运输巷采用工字钢架棚支护对围岩进行控制时，顶板、巷帮岩层在支护初期就能得到足够的支撑力，但架棚支护时棚腿位置容易出现应力集中。随着时间发展，架棚棚腿作用到底板岩层中应力增加，当底板岩层承载能力较差时，容易出现底鼓，从而降低架棚支护强度，导致顶板、巷帮岩层逐渐出现变形，严重时会导致整个架棚支护体系失效。

图1 工字钢架棚支护

2) 900mm×900mm锚网支护

在6301运输巷采用900mm×900mm锚网索支护后声发射、主应力图如图2所示。

图2 900mm×900mm锚网支护

从图中看出，在6301运输巷采用间排距为900mm×900mm锚网索支护时，由于巷道围岩初期支护强度不足，导致巷道围岩变形成逐渐增加趋势。变形破坏位置从起初巷道表层向深部岩层逐渐转移，围岩变形破碎范围达到4m以上。因此，在此支护条件下应对巷道围岩进行二次补强加固。

3) 800mm×800mm锚网支护

在6301运输巷采用800mm×800mm锚网索支护后声发射、主应力图如图3所示。

图3 800mm×800mm锚网索支护

从图3看出，在6301运输巷围岩控制时，将锚杆间排距由900mm×900mm缩小至800mm×800mm后，巷道围岩支撑强度得以显著提升。巷道表层围岩仅有局部位置出现变形破坏，深部岩层稳定，未有变形破坏发生，表明800mm×800mm间距锚网支护可满足巷道围岩控制需要。

通过对工字钢架棚支护、锚网支护模拟分析得出，工字钢架棚支护以及间排距为900mm×900mm锚网索支护围岩变形量较大，围岩控制效果均不能满足巷道后续使用需要。而采用800mm×800mm锚网索支护时，巷道围岩变形量较小，仅在巷道围岩浅部局部位置出现破碎，表明该支护参数可满巷道围岩控制需要。因此，在6301运输巷采用间排距为800mm×800mm锚网索支护，但是由于受断层围岩破碎。因此，需要采用注浆加固方式进行补强加固。

4 支护实践

4.1 锚网索支护设计

根据模拟结果以及6301运输巷实际地质情况，设计的巷道支护参数见表2。

表2 锚网索支护参数

为了提升锚网索支护强度确保围岩稳定，在巷道顶板布置的锚杆采用钢筋梯子梁(φ14mm圆钢焊接而成)连接。

4.2 补强加固

受到断层影响6301运输巷顶板岩层破碎，若单独采用锚索网支护虽可实现对围岩控制，但也存在顶板变形量过大问题。因此，为了进一步提升巷道围岩控制能力，采用注浆方式提升围岩自身稳定性。注浆选用直径22mm中空注浆锚杆，注浆材料为高水速凝材料，注浆泵型号为QB152。在巷道顶板及巷帮均进行注浆加固，具体注浆孔施工参数见表3。

表3 6301工作面运输巷注浆加固参数

5 效果检验

采用采用“十字布点”对锚网索+注浆支护后巷道围岩变形情况进行监测，具体监测结构见表4。

表4 顶板下沉量监测结果

从监测结果得知，顶板下沉量增加速度随着时间推挤呈注浆降低趋势，当支护时间超过20d后，下沉量增加速度降低到1mm/d以内。巷道围岩支护完成30d时顶板下沉量最终稳定在105mm，围岩控制效果显著。

6 结论

(1)采用RFPA对6301运输巷过FF53断层时不同支护形式下的围岩变形进行分析。根据主应力和声发射图可知，工字钢棚支护方式为被动支护，900mm×900mmmm锚网索支护的巷道在数值模拟中出现了不同方式的变形破坏，均达不到支护要求。因此，最终确定6301运输巷支护方式为800mm×800mm锚网索支护。

(2)为了减小破碎顶板对围岩控制影响，在800mm×800mm锚网索支护的基础上，通过注浆加固围岩，提高围岩的刚度和抗剪强度。现场应用后顶板下沉量控制在105mm以内，支护取得了良好的效果。