孤岛工作面回采巷道支护技术研究

2022-03-11鄢德恒谢鹏飞

煤矿现代化 2022年2期

鄢德恒，谢鹏飞

（山西吕梁离石金晖荣泰煤业有限公司,山西吕梁 033000）

0 引言

我国煤炭资源被大量开发后趋于枯竭，浅层煤炭减少，采深增大，许多地方的地质条件不断被破坏，对于一些矿井的开采成为严峻的挑战[1]。为了避免矿井生产与相邻矿井工作面出现扰乱现象，会选择在采区内工作面之间采用跳采接续方式，如此就会形成至少一个沿工作面走向方向两侧均为采空区的工作面或其周边均为采空区的工作面，这样的工作面称为孤岛工作面[2～4]。孤岛工作面的煤体支撑压力随着两侧工作面的采空而增大，将会影响孤岛工作面围岩的稳定性，围岩很可能就会出现变形、破碎、矿压显现剧烈等现象[5～7]。

1 孤岛工作面概况

金晖荣泰煤业在前期回采过程中，为了减少相邻工作面回采与掘进同时进行造成的扰动，采用同采区跳采的方式布置工作面，因此导致10209（2）工作面南、北两侧的10201 和10207 工作面均已被采空，形成孤岛工作面。

10209（2 ）孤岛工作面，属于金晖荣泰矿二采区10 号煤工作面。工作面地质表面为黄土山、梯田等，没有其它建筑物。工作面地面标高980 ～1 115 m，工作面井下标高825～913 m。

工作面可采长度平均为737 m，倾向长度为60 m，工作面可采面积共4 973.5 m2。工作面储量圈定储量24.3 万t，可采储量22.9 万t，回采率：96 %，按90 万t/a 产能计算，则其服务年限约为3 个月。10209（2）工作面位置示意图如图1 所示。

图1 10209（2）工作面位置示意图

2 回采巷道围岩控制技术

2.1 支护形式

根据矿方基础资料及采掘衔接计划，10209（2）工作面运输、回风顺槽拟沿着10209 工作面运输、回风顺槽进行掘进，因此，结合10209 工作面回风顺槽支护设计报告，考虑孤岛工作面回采巷道易受两侧采空区的影响，10209（2）工作面回采巷道宜采用“锚网+工字钢棚”联合支护。

2.2 支护方案

1）工作面回采巷道掘进路径沿10 号煤层顶底板前进，巷道呈矩形断面形式。掘进断面尺寸为宽4 000 mm，高3 000 mm。

2）工字钢棚支护参数。10209 回风顺槽工字钢棚支护的棚间距为800 mm（中- 中），棚梁与棚腿均使用11#矿压工字钢加工制作。

架棚规格为：棚梁全长3 400 mm，上棚梁内净宽3 100 mm，下扎脚净宽4 000 mm；梯形棚腿长3 000 mm，净高2800 mm，棚腿窝埋深200 mm，底部用10 mm 厚钢板焊接钢垫板断面为150 mm×150 mm。每架棚腿从上向下分别在1 000 mm 和2 000 mm 位置用内φ20 mm×40 mm 的无缝钢管焊接，并使用φ20 mm 圆钢拉杆两头弯成90°直钩与无缝钢管相连接。金属梯形架棚顶部采用金属网和塑料网，帮部采用塑料网；帮部用5 块、顶部用6 块长 1 100 mm半圆木背板背实帮顶，顶部木背板间距为600 mm，帮部木背板间距为500 mm，并打设牢固的撑木。每2 架棚之间为了保证稳定，需要放置不少于7 根撑木，从而增加架棚之间的稳固。棚梁上放置3 根，帮部放置4 根，棚腿放置1 根，肩窝放置1 根。工作人员在固定架棚时，要保证棚梁与棚腿和围岩之间紧密契合，不能出现空隙导致松动，或出现空帮、空顶的现象，对于不能接帮接顶的工字钢部位，工作人员一定要使用木楔将工字钢刹紧背牢，确保支护的稳定牢固。

3）巷帮锚杆支护参数。巷道两帮的上部，使用圆钢锚杆进行围岩支护，一次支护就能有效控制围岩变形，尺寸设置为φ16 mm×1 600 mm，上部锚杆与顶部的距离为400 mm。均采用2 根φ16 mm×1 600 mm 圆钢锚杆支护，上部锚杆距顶400 mm，并且要有一定的倾角，设置为倾斜20°，锚杆间距设定为1 000 mm。排距为800 mm，每根锚杆使用CK2360 型锚固剂进行锚固。

4）网片规格参数。顶板依次铺设煤矿井下用双向拉伸塑料网和金属网片，其中煤矿井下用双向拉伸塑料网的网孔尺寸为40 mm×40 mm，网片尺寸一般根据现场实际情况制作，本项目设定的网片尺寸长3 000 mm，宽1 200 mm；金属网片由φ6 mm 钢筋焊接，网孔尺寸为100 mm×100 mm，网片尺寸长×宽=2 100 mm×1 100 mm（网片尺寸也可根据现场实际情况制作），网片搭接100 mm，每隔200 mm 联网一道。两侧巷帮，仅铺设煤矿井下用双向拉伸塑料网，网孔尺寸40 mm×40 mm，网片尺寸长×宽=3 000 mm×1 200 mm，网片搭接100 mm，每隔200 mm 联网一道。

5）其他支护材料规格参数。半圆木规格参数为R80 mm×1 100 mm。撑木规格参数为φ50 mm×800 mm。拉杆规格参数为φ20 mm×800 mm。

详细的锚杆+网+工字钢架棚支护材料参数见表1，巷道支护断面如图2- 图4 所示。

图4 巷道支护断面俯视图

表1 “锚网+工字钢棚”联合支护材料参数

图2 巷道支护断正视面

3 孤岛工作面补强支护措施

3.1 工作面两端头补强支护措施

两端头支护联合铰接梁单体支柱进行支护，采用“一梁两柱”，铰接梁支设与巷道平行，运输顺槽铰接梁与外帮间距0.8 m，回顺铰接梁距外帮1.75 m，最小支柱初撑力应大于140 kN，支柱钻底深度如果超过100 mm，工作人员需要穿铁鞋进行支设，为了确保安全质量，工作人员在支设好后要拴好防倒钩。工作面要预留安全出口通道，出口的宽度至少为0.8 m，高度至少为1.8 m。

图3 巷道支护断侧视面

工作面上下端头的支架，与煤壁的外侧之间，使用密集单体切顶的方式进行支护，2 段密集支柱间隙，需要设置出口，宽度至少为0.5 m。切顶柱需要支设为2 排，支柱的初撑力不得小于140 kN，并随着支护工作的推进，及时回撤前移切顶柱。放顶回撤标准为：运输顺槽切顶柱与机头端头支架切顶线平齐，超前或滞后切顶线距离不得超过0.6 m；回风顺槽切顶柱与机尾端头支架切顶线平齐，滞后不得超过0.6 m。作业时，要严格执行“敲帮问顶”和“先支后回”制度，安排专人对顶板核查。当工作面两端头出现压力偏大，工作人员需要在切顶柱支护的基础上加戗柱，从而保障支护的稳定性。

在端头支架距巷道支护大于0.5 m 时，要支设端头补强单体支护，距端头支架0.5 m 处支设迈步梁（由1.2 m 铰接梁和2.6 mπ 型钢梁组成），每组梁下支设3 根单体柱补强支护确保端头支护强度。梁长度3.8 m，单体型号DW35（40）-110X。

3.2 顺槽架棚支护补强措施

两顺槽顶板下沉严重时，及时补强支护，根据现场情况确定支护方式，支柱要支在硬底，穿铁鞋使用好防倒钩，支柱初撑力不得小于140 kN。

顺槽围岩较破碎时，可采取注浆加固、补打注浆锚索或恒阻锚索等技术手段进行补强支护，确保工作面安全正常回采。

4 支护效果

10209（2 ）孤岛工作面回采巷道最优的支护方案为架棚排距800 mm，巷帮锚杆间距1 000 mm，排距800 mm，每排2 根；在保证巷道施工质量标准的前提下，完善回采巷道围岩控制技术体系，采用上述支护方案，有利于10209（2）孤岛工作面安全高效回采；采用“锚网+工字钢棚”联合支护方案是合理的，可满足矿井安全生产的需求；10209（2）孤岛工作面虽然受两侧采空区及邻近断层的影响，但工作面采掘过程中发生冲击危险性的概率小。该研究成果不仅具有很好的经济效益，也可为其它类似孤岛工作面回采巷道围岩控制提供借鉴经验。