孤岛工作面回采巷道采动影响控制技术应用

杨大炳

（山西大同煤矿集团有限公司煤峪口矿，山西 大同 037003）

长期以来，煤炭在我国能源方面的依赖远大于其他各类能源。有关资料表明，目前煤炭仍占据我国能源消费的半壁江山[1-2]。随着煤炭的需求量逐渐增大，由于工作面接替紧张以及矿井地质条件等限制，出现了孤岛工作面开采的问题。孤岛工作面普遍存在应力环境复杂、矿压显现剧烈、巷道变形量大等现象，导致孤岛工作面开采面临着许多技术难题[3-4]。由于受复杂采动应力影响，孤岛工作面超前采动影响区域巷道断面极易产生严重变形。研究表明，孤岛工作面超前巷道变形量是掘进时期的5～10 倍。超前范围巷道的大变形现象妨碍了工作面端头设备的移动，直接影响到工作面推进速度[5-6]。

为解决孤岛工作面回采巷道大变形问题，专家学者进行了大量研究，林峰等[7]研究了孤岛工作面采动应力演化特征，提出了锚网索永久支护+顶帮锚杆加强支护+单体柱配合钢梁临时支护技术；邓康宇等[8]分析了孤岛工作面采动巷道大变形特征机理，优化设计了单体柱+U型棚联合支护技术；冯占文等[9]现场测试了孤岛工作面采动来压现象，提出了超前人工放顶技术用于缓解采动压力。本文以煤峪口矿孤岛工作面2605 巷为工程背景，提出适用于煤峪口矿的采动影响控制技术，为煤峪口矿以及其他类似矿井孤岛工作面回采巷道支护技术提供借鉴。

1 工程概况

8605 工作面位于井田中部的S2 背斜的北西翼，延伸方向近NE向，开采14-2#煤层，为不稳定煤层，煤层厚度在1.7～3.6 m 之间，平均为2.5 m，煤层中含有夹层，夹层平均厚度为0.8 m，煤层倾角1°～3°，为近水平煤层，无次级褶曲，工作面构造属I 类简单型。工作面直接顶为灰色细粒砂岩与页岩互层结构，厚度在4.12～7.20 m 之间，平均5.22 m，岩性以石英为主，含植物化石；工作面基本顶为灰白色中、细粒砂岩互层结构，厚度在5.20～7.46 m之间，平均6.69 m，岩性以石英为主，含碳质、植物化石，有层理；基本顶上方为14#煤层采空区，14#煤层厚度1.86～2.95 m，与14-2#煤层层间距为12.9～17.8 m，平均15 m；直接底为灰黑色页岩和中粒砂岩互层结构，岩性以石英为主，含碳质。

8605 工作面北部为8603 工作面（已回采），南部为8607 工作面（已回采），东部为406 盘区轨道、皮带、回风巷，西部为408 东部盘区巷，属于孤岛工作面。2605 巷为8605 工作面的运输和进风顺槽，长度717 m，为机轨合一巷，与14-2#煤层406 盘区皮带巷和轨道巷相通，掘进断面为矩形断面，尺寸（宽×高）为4.5 m×3.0 m。

2 2605 巷采动控制技术

试验巷道为孤岛工作面回采巷道，巷道掘进时期受工作面采动影响，围岩较为破碎，在工作面回采期间，受重复采动影响极易产生大变形现象。为保证巷道在回采服务期内，巷道不发生大的变形，断面尺寸满足服务要求，根据试验巷道生产地质条件，2605 巷采动控制技术以主动控制为技术核心，充分发挥巷道围岩的承载能力，促使支护和围岩形成统一承载体，提高巷道抗变形能力。

2.1 锚网索带联合支护

锚网索带联合支护主要构件包括锚杆、锚索、金属网以及钢带，具体参数如图1所示。

图1 巷道支护技术参数

（1）锚杆采用规格为直径20 mm、长度2.0 m的高强左旋螺纹钢锚杆，顶锚杆间排距0.9 m×1.0 m，帮杆间排距1.0 m×1.0 m，每根锚杆配套蝶形托盘，蝶形托盘规格125 mm×125 mm×12 mm，同时配套1 支CK2340（外侧）、1 支Z2360（内侧）树脂锚固剂，预紧扭矩不低于300 N·m，主动锚杆支护可有效强化顶帮破碎围岩，改善围岩力学承载性能，促使支护结构与巷道围岩形成主动承载结构。

（2）锚索采用规格为直径21.6 mm、长度6.0 m的预应力锚索，顶板锚索间排距1.5 m×2.0 m，每根锚索配套使用2 支CK2340（外侧）、2 支Z2360（内侧）树脂锚固剂，同时配套专用的蝶形托盘、锚索锁具、球形垫圈等构件，锚索预紧力应不低于45 MPa。试验巷道直接顶为6.69 m 厚的中、细粒砂岩互层结构，为保证锚索锚固的稳定可靠性，设计锚索长度为6.0 m，将锚杆锚固区通过锚索直接锚固在基本顶岩层上，充分发挥基本顶岩层的承载能力。

（3）金属网为菱形网，采用直径为4 mm 的铁丝编制而成，顶网规格为3.6 m×1.2 m，帮网规格为2.8 m×1.2 m。铺设时网与网的搭接不低于0.2 m，搭接处用铁丝捆绑，保证连接处的可靠性，金属网主要用于约束帮到表面碎胀变形，有效避免巷道片帮、冒顶现象。

（4）钢带采用3 mm 厚的W钢带，顶帮锚杆和锚索均采用W钢带连接，促使独立的锚固控制区域形成整体锚固系统，有效增强护表面积，充分增强锚固控制范围，进一步促使支护结构形成统一整体承载结构。

2.2 单体支柱超前支护

超前工作面20 m 范围内采用单体支柱配π型顶梁加强支护，选用DZ35-250/100 单体液压支柱，最大工作阻力为250 kN，顶梁采用π型梁，根据试验巷道巷内布置情况，超前支护采用两排单体液压支柱，分别安装在π型梁两端，π型梁长4.0 m，梁距为1.0 m，安装的单体液压支柱设有防倒、防坠装置，垂直于顶板安装，初撑力不低于200 kN。

3 巷道矿压显现特征分析

现场监测了巷道变形情况，试验巷道在超前工作面30 m 处开始产生变形，在超前工作面20～30 m范围内，巷道变形量较小，顶底板累计变形量为46 mm，两帮累计变形量约35 mm；随着工作面的不断推进，巷道变形速度逐渐加快，超前工作面10～20 m 范围内，围岩变形速度开始加快，该范围内顶底板和两帮累积变形大165 mm、136 mm，但是其处于单体超前稳控支护范围内，围岩变形速度均可控；在超前工作面10 m 范围内，巷道变形速度最大，顶底板累计变形量大354 mm，两帮累计变形量约298 mm。在工作面回采期间，巷道整体变形均在允许范围内，图2给出了巷道变形曲线图。

图2 巷道变形曲线

4 结语

针对孤岛工作面回采巷道易产生大变形现象，结合煤峪口矿孤岛工作面现场地质条件，采用锚索网带联合支护技术和单体支柱超前支护技术，该技术采用锚杆、锚索、金属网和W钢带实现初期主动永久支护，同时采用具有一定初撑力的单体支柱配π型顶梁实现临时加强支护。该技术应用后，有效控制了孤岛工作面回采巷道大变形现象，实现了孤岛工作面回采巷道围岩的稳定控制。