综采工作面应力区围岩控制技术

韩图门乌力吉

（晋能控股集团，山西 大同 037001）

1 8310工作面概况

晋能控股集团雁崖煤业公司塔山三盘区8310工作面位于井田西翼，工作面东部为盘区大巷，南部为8311工作面，西部为井田边界，北部为8309采空区。

8310工作面采用综合机械化回采工艺，截止2020年1月14日工作面已回采至570 m处，工作面回采至562 m处时揭露一条F7逆断层，断层落差为1.4 m，倾角为40°，断层从回风顺槽向工作面中部依次揭露，受F7断层应力影响，工作面回采至560 m处时，位于工作面前方15 m处回风顺槽出现底鼓、煤壁片帮以及底板下沉等现象，严重制约着工作面安全高效回采。

2 回风顺槽原支护设计及问题分析

2.1 原支护设计

8310工作面原顶板主要采用锚杆（索）联合支护，具体支护设计如下：

1）顶板支护：原顶板主要采用锚杆配套钢带联合支护，以及单锚索支护；顶板每排布置5根长度为2.5 m左旋无纵筋螺纹钢锚杆，锚杆间距为1.0 m，排距为1.0 m，锚杆外露端安装一根长度为4.5 m W型钢带；顶板每排布置两根锚索，锚索长度为6.0 m，直径为17.8 mm，锚索间距为1.8 m，排距为3.0 m，每根锚索外露端安装一块长度及宽度为0.3 m钢托板，并采用锁具进行预紧[1-2]。

2）巷帮支护：巷帮采用单锚杆支护，位于工作面煤柱侧巷帮采用单玻璃钢锚杆支护，每排布置三根，锚杆长度为2.0 m，直径为20 mm，锚杆外露端采用直径为15 mm圆钢托盘预紧；非煤柱侧巷帮采用螺纹钢锚杆支护，锚杆布置方式与玻璃钢锚杆相同。

2.2 原支护问题分析

8310回风顺槽在掘进过程中原支护设计满足巷道掘进要求，但是工作面在回采过程中受构造应力以及回采应力集中破坏作用下，回风顺槽原支护存在一些问题，主要表现在以下几方面[3]：

1）锚杆支护强度低：原顶板采用的单锚杆长度为2.5 m，锚杆采用端头锚固方式，锚固长度为0.95 m，锚固力为220 kN，而回风顺槽在多重应力作用下，顶板出现裂隙发育，伴随着冒漏和下沉现象，并在顶板及两帮内形成围岩松动圈，而原支护锚固段基本位于围岩松动圈内，从而导致锚杆锚固失效现象，锚杆支护强度降低。

2）支护设计不合理：原顶板主要采用锚杆及锚索联合支护，虽然顶板布置锚杆数量相对较多，满足支护数量要求，但是原顶板锚杆在施工过程中对顶板产生扰动破坏作用，在应力作用下锚杆支护孔形成卸压孔，在卸压过程中对锚杆锚固及预应力强度产生一定影响；同时原顶板施工的单锚索属于点性支护，虽然可对局部围岩起到悬吊作用，但是支护强度低，支护范围小。

3 应力区围岩联合控制技术

为了提高工作面前方围岩稳定性，提高回风顺槽成型率，保证工作面安全快速过应力区，决定对应力区围岩采取“梯形钢棚+锚索吊棚”联合支护设计。

3.1 梯形钢棚

3.1.1 支护作用

原顶板锚杆、锚索属于主动支护，主动支护主要通过锚固以及预应力作用实现对围岩进行悬吊和组合拱（梁）支护作用，但是当围岩受应力破坏时，主动支护锚固效果差，预应力无法通过支护体传递至围岩中，从而降低主动支护效果；而钢棚支护属于被动支护，钢棚支护架设和提高两帮煤柱对顶板支撑作用强度，防止了两帮与顶板之间的三角煤柱出现垮落，同时钢棚顶梁对顶板下沉现象及时控制，从而提高围岩整体稳定性，保证主动支护效果[4-5]。

3.1.2 钢棚支护结构

8310回风顺槽应力区采用的梯形钢棚主要由棚腿、顶梁、底座等部分组成，棚腿长度为3.5 m，主要由11号工资钢梁制成，棚腿顶底端各焊制一块钢板，顶底部钢板上焊制3个直径为25 mm的圆孔；顶梁长度为4.2 m，顶梁主要由宽度为0.18 m槽钢焊制而成；底座长度及宽度为0.4 m，厚度为5 mm。

3.1.3 安装工序

1）梯形钢棚安装在距工作面20 m处，首先安装钢棚底座，每架钢棚底座安装在两帮底板上并采用三根地锚进行固定，底座安装后依次安装两根棚腿，棚腿与底座之间采用螺母进行固定，棚腿安装后通过螺母调节棚腿角度，调节角度范围75°~90°。

2）棚腿安装后采用卡缆将棚腿与顶梁进行固定，顶梁安装后保证顶梁与顶板接触严实，如顶板不平或冒漏时采用道木将顶梁与顶板之间背牢，梯形梁棚架设间距为1.0 m，如图1所示。

图1 8310回风顺槽应力区围岩联合支护断面示意图（未标单位：mm）

3.2 锚索吊棚支护

传统单锚索支护由于存在支护断面小、支护效果差等技术难题，决定对原顶板施工锚索吊棚支护。

1）8310回风顺槽应力区顶板采用的锚索吊棚主要由工字钢梁、恒组锚索等部分组成，工字钢梁长度为4.0 m，宽度为0.12 m，钢梁上布置两个直径为30 mm支护圆孔，孔间距为2.5 m；恒组锚索长度为6.0 m，直径为21.8 mm，锚索最大承载能力为890 kN。

2）从工作面前方15 m处开始补打锚索吊棚，施工工序为：施工锚索钻孔→锚注锚索→安装工字钢梁→锁具预紧；锚索吊棚垂直巷道布置，布置间距为2.0 m，若局部区域巷道顶板出现破碎时，缩小吊棚间距，并在相邻两架锚索吊棚之间填充水泥背板。

4 结语

截止2020年1月22日8310工作面已回采至617 m，通过对工作面应力区巷道围岩采取联合控制技术后，工作面在后期回采期间有效控制了应力区围岩变形现象，通过现场观察发现，采取联合控制技术后，回风顺槽顶板下沉量控制在0.12 m以下，未出现煤壁片帮现象，两帮收敛量控制在0.22 m以下，保证了回风顺槽成型率，为后期工作面安全高效回采奠定了基础，取得了显著应用成效。