煤峪口矿8712工作面高应力巷道联合支护技术应用

王志武

(晋能控股煤业集团 四老沟矿，山西 大同 037000)

富煤、贫油、少气的能源赋存结构特征决定了煤炭一直是我国的主要消费能源。我国煤层分布广泛，在西北部地区赋存许多厚煤层资源。厚煤层的开采一般采用综放开采法。由于工作面采高较大，在综放工作面超前范围内易产生强烈的超前支承压力，巷道易出现大变形、支护结构失效等现象，导致工作面停采后，液压支架等综放设备无法安全撤出[1-5]。在高应力巷道围岩控制方面，国内外专家学者进行了一系列研究。毛怀昆等[6]设计了高应力巷道锚杆关键参数，研究了注浆参数对围岩的作用机理，提出了高应力巷道锚注复合支护技术；张向东等[7]分析了采动影响下大跨度煤巷变形破坏机理，设计了锚网索带注耦合支护技术。

煤峪口矿8712工作面停采后，其工作面回采巷道出现大变形现象，已不能满足工作面搬家需求，因此，计划在工作面中部位置掘进1条回撤补巷用于工作面搬家。受工作面超前支承应力作用，回撤补巷掘进围岩将处于高应力环境，围岩控制难度较大，基于此，提出煤峪口矿8712工作面高应力巷道联合支护技术，为类似条件下巷道支护提供技术参考。

1 工程概况

煤峪口矿8712工作面开采11-12号煤层，位于307盘区东部，8712工作面北部和南部分别为8710采空区、8714采空区，东部盘区大巷连接，西部为保护煤柱，8712工作面相对位置见图1。工作面老顶为深灰色细砂岩、粉砂岩互层，平均厚度24.6 m，水平层理发育，含黄铁矿结核及炭质，性脆，直接顶为深灰色粉砂岩，平均厚度12.5 m，性脆，组织致密，含炭质及植物碎屑化石，局部夹泥岩、炭质泥岩，直接底为深灰色粉砂岩、细粒砂岩互层，平均厚度6.4 m，致密，具垂直节理，含植物化石和黄铁矿结核，局部含中砂岩。煤峪口矿8712工作面回采结束后，工作面超前范围内的回采巷道出现局部冒顶、片帮严重及剧烈底鼓现象，已不能满足工作面搬家需求，因此，计划在8712工作面中部位置掘进一条回撤补巷，受高应力影响，回撤补巷围岩控制难度较大。

图1 8712工作面相对位置示意

2 工作面超前支承应力分布特征

煤峪口矿8712工作面开采范围内平均埋深540 m左右，原岩应力约13.5 MPa。基于煤峪口8712工作面生产地质条件，采用FLAC3D数值模拟软件模拟分析煤峪口8712工作面停采后超前工作面范围内煤体垂直应力分布情况(中部回撤补巷位置)，见图2。理论研究表明，工作面停采后，将在超前范围内形成应力降低区、支承应力增高区与原岩应力区[8]。根据图2可知，8712工作面停采后，应力降低区位于超前工作面0～6.0 m范围，支承应力增高区位于超前工作面6.0～60.0 m范围，原岩应力区位于超前工作面60.0 m范围外，应力峰值位于超前工作面10 m位置，峰值应力约35 MPa，应力集中系数2.59，同时根据8712工作面开采过程中矿压监测结果，超前工作面55～65 m范围内，其回采巷道超前工作面55～65 m范围，其围岩变形显著增加，因此，综合确定煤峪口矿8712工作面超前影响范围为 60 m。

图2 工作面超前范围垂直应力分布情况

3 高应力巷道联合支护技术

煤峪口矿8712工作面停采后，在工作面中部位置掘进1条回撤补巷，回撤补巷相对位置见图3。巷道断面为直墙半圆拱形，掘进宽度4 200 mm、掘进高度3 600 mm、墙高1 500 mm，巷道设计采用锚网索注+开槽卸压联合支护技术，具体如下。

图3 回撤补巷相对位置示意

1) 顶板采用锚网索联合支护。锚杆采用规格D22 mm、L2 500 mm的左旋高强锚杆，间排距0.7 m×0.7 m，每排布置9根，设计锚固力120 kN，设计预紧扭矩300 N·m。锚索采用让压锚索，规格为D17.8 mm、L7 500 mm的预应力钢绞线，间排距2.0 m×1.4 m，每排布置4根，设计锚固力240 kN，设计预紧扭矩150 kN。金属网采用直径为6.5 mm的钢筋焊接钢筋网(网径70 mm)。

2) 巷帮采用锚网索注联合支护。锚杆采用规格D22 mm、L2 500 mm的中空注浆锚杆，间排距0.7 m×1.4 m，每排布置4根，注浆材料采用425普通硅酸盐水泥(水灰比为1∶0.5)，注浆压力2.0～3.0 MPa。锚索采用让压锚索，规格为D17.8 mm、L4 300 mm的预应力钢绞线，间排距0.9 m×1.4 m，每排布置4根，设计锚固力240 kN，设计预紧扭矩150 kN。金属网采用直径为6.5 mm的钢筋焊接钢筋网(网径70 mm)。

3) 底板采用锚注+开槽卸压联合支护，锚杆采用规格D22 mm、L2 500 mm的中空注浆锚杆，间排距2.0 m×1.4 m，每排布置2根，注浆材料采用425普通硅酸盐水泥(水灰比为1∶0.5)，注浆压力2.0～3.0 MPa，在巷道底板中部施工宽600 mm、深1 500 mm的卸压槽。

图4 巷道支护断面图(mm)

图5 巷道顶板支护平面图(mm)

4 工程应用

将提出的高应力巷道联合支护技术应用于煤峪口矿8712工作面回撤补巷掘进支护中，同时，监测了8712工作面回撤补巷围岩变形情况，变形结果见图6。由图可知，8712工作面回撤补巷掘巷后，巷道顶板变形主要集中在掘进初期10 d内，顶板累计下沉量约134 mm，顶板平均变形速度13.4 mm/d，两帮累计移近量约103 mm，底板累计底鼓量约32 mm，两帮平均变形速度10.3 mm/d，底板平均变形速度3.2 mm/d；巷道掘进15 d后，两帮和底板变形趋于稳定，两帮最大移近量约129 mm，底板最大底鼓量约39 mm；巷道掘进20 d后，顶板变形趋于稳定，顶板最大下沉量约191 mm。整体来看，8712工作面回撤补巷围岩表面变形均在允许范围，可满足工作面回撤要求。综上所述，高应力巷道联合支护技术实现了煤峪口矿8712工作面回撤补巷的稳定控制。

图6 5701巷围岩移近曲线图

5 结 语

受工作面超前支承应力作用，煤峪口矿8712工作面回撤补巷掘进围岩将处于高应力环境，围岩控制难度较大。基于此，分析了试验工作面超前影响范围内围岩的应力分布特征。 8712工作面超前影响范围为60 m，应力峰值为35 MPa，应力集中系数2.59，提出了“锚网索注+开槽卸压”的高应力巷道联合支护技术。煤峪口矿8712工作面回撤补巷掘进稳定后，顶板最大下沉量约191 mm，两帮最大移近量约129 mm，底板最大底鼓量约39 mm，实现了回撤补巷的稳定控制。