厚煤层回采巷道超前动压影响下围岩控制技术研究

郑宗儒 刘 聪

（国家能源集团宁夏煤业公司枣泉煤矿，宁夏 银川 750001）

1 概况

枣泉煤矿13 采区工作面布置形式采用跨区段三巷布置，边界泄水巷配合小煤柱沿空掘进。130203工作面位于13 采区+929 m 水平，是13 采区第3个工作面，工作面东侧留5～15 m 煤柱（风巷一段为15 m 煤柱、二段为5 m 煤柱）与130202 工作面采空区相邻，西侧、南侧为未开拓区域，北侧为13采区辅运下山延深段，13 采区边界泄水巷平行风机两巷布置在工作面内（89#～91#支架处），贯穿工作面回采始终，如图1。

图1 13 采区工作面布置示意图

130203 综放工作面开采2 煤层，均厚7.84 m，厚度变化小，结构单一，少数钻孔含1～3 层夹矸，普氏硬度系数f=1.6～1.9，容重1.31～1.35 t/m3。2 煤顶板为平均厚4.85 m 炭质泥岩，炭质泥岩易脱层、遇水膨胀变软；其上为细粒砂岩、泥岩及粉砂岩互层，平均厚7.6 m；再上为平均厚10.58 m 左右的中粒砂岩。2 煤底板以平均厚7.45 m 左右细粒砂岩为主。

工作面可采长度2660 m，倾斜长226.97 m。130203 工作面埋深500～780 m，超前采动影响下矿压显现强烈[1-4]。

2 工作面两巷呈现的问题

（1）工作面两巷超前采动压力大、巷道变形严重，两巷矿压显现明显，巷道顶沉、底鼓及帮鼓严重，风机两巷超前120 m 范围内巷道压力增大，超前30 m内巷道变形严重，顶沉、底鼓量达到2.5 m，两帮移近量达到1.0 m 左右。

（2）工作面两巷超前支护困难，维护量大。为了满足巷道通风、运输、行人需要及顶、帮安全，采取顶板打设走向锚索桁架进行加强支护，两帮进行二次扩帮，底鼓处进行起底等措施。由于顶沉、底鼓及两帮移近量大，原支护的支柱变形、钻底量大，维护时空间狭小，工程量大，进度缓慢，维护非常困难。

3 工作面巷道综合控制技术

3.1 工作面回风巷控制技术

（1）安装前风巷起底、扩帮维护。安装前，利用综掘机进行起底、扩帮维护，起底后巷道高度4450 mm，扩帮后巷道净宽4200 mm。对两帮进行锚网支护，锚索采用Ф21.8 mm×2800 mm 预应力钢绞线，锚杆采用20#-M22-2000BHRB335 左旋螺纹钢锚杆，间排距均为900 mm×900 mm。

（2）回风巷二段5 m 小煤柱超前加固。一是帮部打设护帮锚索桁架进行加强支护，锚索采用Ф21.8 mm×4300 mm 预应力钢绞线，桁架梁采用11#矿用工字钢加工，长度2500 mm，桁架安装角度为60°；二是施工锚索桁架完毕后对巷道进行喷浆封闭，强度为C20，厚度为100 mm；三是喷浆后在巷道上帮施工两排注浆孔进行注浆加固，孔径为43 mm，孔深2500～3000 mm，间排距为3000 mm×1000 mm（成“三花”布置），施工角度为30°仰角。回风巷超前维护示意图如图2。

图2 回风巷超前维护示意图（mm）

（3）加强回风巷超前支护。根据两巷超前矿压显现情况，将风机两巷超前支护长度由80 m 加长至120 m。2020 年10 月在回风巷首次使用无反复支撑单元支架，根据现场情况进行多种支护方式的对比并不断进行改进。

（4）回风巷超前采用防治底鼓新技术——“底板切槽+档桩+大直径卸压钻孔”综合治理技术。为防止风巷超前底鼓，该矿与山东科技大学合作，在现有基本支护基础上，提出增加“挡+卸”的综合治理思路。具体为：底板切槽（卸）+“锚索-注浆钢管斜桩（挡）+实体煤帮大直径钻孔（卸）”组合治理方案，如图3。

图3 回风巷底板切槽、斜“挡”桩布置示意图

① 底板切槽：在巷道底板中心附近布置松动卸压槽，卸压槽深度取2.0 m，宽度0.5 m，施工长度60 m。

② “挡”桩方案：在试验段巷道两侧分别布置一排斜桩，斜桩与水平方向呈60°倾斜向巷道外侧布置，斜桩长度3.0 m。方案一间距1.0 m，施工长度30 m；方案二间距0.5 m，施工长度30 m。

③ 实体煤帮大直径卸压钻孔。在实体煤帮布置大直径卸压钻孔，使侧向支承压力峰值向煤帮深部转移。在距巷道底板1.0 m 和2.0 m 处，沿巷道走向施工2 排大直径钻孔，呈三花眼布置，钻孔施工时为方便现场施工可稍带一定仰角。方案一：钻孔Φ130 mm，长度10 m，间距4.0 m，施工长度30 m；方案二：钻孔Φ130 mm，长度10 m，间距2.0 m，施工长度30 m。回风巷实体煤帮大直径卸压钻孔示意图如图4。

图4 回风巷实体煤帮大直径卸压钻孔示意图

3.2 工作面皮带巷控制技术

（1）皮带巷超前外打设大直径走向锚索桁架加强支护。皮带巷距离巷道下帮1000 mm 距上帮500 mm 处各打设一排走向锚索桁架，锚索采用Φ28.6 mm×8300 mm 的预应力钢绞线，桁架端头间距1500 mm，桁架梁采用11#矿用工字钢加工，长度为2500 mm。

（2）皮带巷上帮加强支护。上帮自工作面煤壁向外施工护帮锚索桁架，锚索采用Φ21.8 mm×4300 mm 预应力钢绞线，间排距为2000 mm×1000 mm；桁架梁采用11#矿用工字钢加工，长度2500 mm，桁架水平安装。下端锚索距离底板1000 mm 处打设，上下两排锚索相错1000 mm 打设，注水点处施工三排桁架，其他段施工两排桁架。

（3）超前施工大直径钻孔卸压。在130203 工作面皮带巷上帮煤壁向外150 m 处开始施工大直径卸压钻孔，孔径133 mm，孔深20 m，间距3.0 m，孔位布置在距巷道底板2.5～3.0 m 处，垂直于煤壁开孔，钻孔倾角与煤层倾向坡度一致。目前已施工大直径卸压钻孔88 个，全部已回采，根据回采时皮带巷实际矿压显现情况，大直径卸压钻孔卸压效果不明显。

（4）超前水力致裂切顶卸压。为减缓超前支承压力对皮带巷的影响，在皮带巷超前采取水力致裂切顶卸压措施，上下帮各打一排钻孔，上帮与下帮侧开口位置分别距离煤柱3 m 与1 m 左右，与巷道夹角分别为5°～15°和45°，向工作面方向打设，钻孔长度50 m，倾角50°，钻孔间距10 m，钻头直径56 mm，钻杆直径42 mm，如图5。

图5 皮带巷超前水力致裂切顶卸压钻孔施工示意图

4 结语

通过回采超前巷道控制技术探索与研究，实施回采超前巷道控制技术，减小了工作面两巷回采巷道变形量，较以往巷道变形量缩小了50%，减小巷道维修量，节约了生产成本。目前工作面两巷巷道尺寸能够满足生产需求。同时，上述控制技术研究成果为后续矿井采区布置方式及小煤柱沿空掘巷的进一步研究实施积累了宝贵的经验。