采空侧巷道支护技术的研究与应用

牛栋

（华阳新材料科技集团有限公司，山西 阳泉 045000）

0 引 言

采煤过程中采空侧巷道受开采深度、采高、预留煤柱及上一工作面采动的影响，矿压显现强烈，围岩劣化明显，不能保证顶板支护强度及人员作业安全。目前，国内外针对此类问题处理办法是工作面水力切顶卸压、加强支护、加快巷道维护等。本文以景福煤矿15101 综采工作面为例，介绍采用优化加强支护、顺槽超前作业、强化组织管理等措施保障工作面正常推进。

1 工程概况

景福煤矿15101 综采工作面进风顺槽为矿井投产后首个采空侧巷道，进入采空侧巷道后，受上一工作面动压传递的影响，进风顺槽超前支护范围内顶板破碎下沉严重，矿压显现强烈，主要表现在以下方面。

（1） 巷道变形严重。

进风顺槽原断面净宽5.0 m，净高3.9 m，工作面安装回采前已对进风顺槽进行全长起底、开帮作业。但工作面推进受采空侧动压影响，采线前200 m，巷道净宽不足3.5 m，净高不足2.5 m。

（2） 影响矿井正常生产组织。

进入采空侧巷道后，进风顺槽内由于转载机两侧单体间距大（最小2 m，推移油缸处2.7 m），顶板支护强度不足，受采空侧动压与工作面采动压力传递影响，转载机上方顶板率先破碎泄压，形成应力集中带，受限于矿井提升能力，工作面推进速度有限，顶板持续破碎下沉及底鼓变形速率远大于工作面推进速率，导致转载机与端头支架压死，加之挑顶作业难打大、风险高，只能对转载机与端头支架下整体起底作业，工作面被迫停产。

（3） 单体柱损坏率高。

15201 工作面进入采空侧巷道后，因煤柱帮侧煤体受采压后煤体酥软，开帮后极易垮落，超前开帮支设架棚一段时间后，煤柱帮侧煤体受压，对单体柱形成水平挤压，造成单体柱柱腿发生位移，大幅增加了倾倒和柱身折断的概率，不能保证顶板支护强度及人员作业安全。

（4） 无法保障安全作业。

受采空侧动压传递与超前支护范围内支护强度不足的影响，进风顺槽超前支护范围内顶板破碎下沉严重、矿压显现强烈，导致安全通道不畅通、作业空间狭小、工人作业环境差、劳动强度大、安全系数低、工伤事故高发等一系列问题，严重威胁煤矿生产安全。

2 技术手段

2.1 优化加强支护

原支护采用普通单体柱配合1 200 mm 长铰接顶梁三路顺巷抬棚支护，超前支护距离80 m，如图1 所示。

图1 15101 综采工作面进风顺槽原支护方式Fig.1 Original support mode of air inlet passage in 15101 fully mechanized mining face

根据巷道实际情况，对原支护方式进行优化改进。采用4.6 m 长高强π 型梁加DW3.5 m 悬浮单体柱架棚（梁方向与工作面方向平行） 支护，一梁三柱支护，棚距由1 200 mm 调整为800 mm（顶板破碎、构造带500 mm），同时加大超前支护距离，采线向外不少于100 m。

超前支护段抬棚作业时靠近两帮单体柱带岔角支设，底角为80°，同时对π 型梁进行改装，在距顶梁两段末端位置加装两节卡箍，规格同顶梁，长度100 mm。之后在单体柱柱头与π 型梁连接处加防滑垫，并用14 号双股铁丝与顶网连接设防倒措施，煤柱帮开帮挂网后采用半圆木背实楔紧。

15101 综采工作面进风顺槽改进后的支护方式如图2 所示。

图2 1 号测站巷道表面位移Fig.2 Roadway surface displacement of No.1 station

图2 15101 综采工作面进风顺槽改进后支护方式Fig.2 Supporting method after improvement of air inlet passage in 15101 fully mechanized mining face

2.2 超前补强支护

进风顺槽顶板原支护为全锚索布置，规格为φ21.6 mm×6 300 mm 与φ21.6 mm×9 300 mmm 锚索间隔布置，间距均为800 mm，排距为900 mm。

现根据实际情况，在工作面进入采空侧巷道前，沿进风顺槽方向全长顶板补强支护，每两排中间补打3 根加强锚索，锚索规格为φ21.6 mm×9 300 mm，配套300 mm×300 mm 钢托盘。

2.3 多点超前作业

（1） 超前扩帮。首先从转载机机头煤柱帮开始随工作面推进向大巷方向开帮，一次扩帮范围长×深=4 000 mm×1 200 mm，高度不低于3.5 m，扩帮后巷宽不低于4.6 m，之后将多余长锚杆、锚索多余部分用锚索切割器截割掉，帮网顺巷铺挂，后用半圆木在单体柱与网间背实。其次从煤柱侧1号端头支架前方开始，一次扩帮范围长×深=4 000 mm×600 mm，扩帮后保障端头支架与煤柱距离不低于0.8 m，保障安全通道与便于人员操作设备。

（2） 超前起底作业。首先从转载机机头随工作面推进向大巷方向起底，一次起底底面积为长×宽=4 600 mm×3 500 mm，挖底深度要保证后巷高不低于3.5 m。挖底采用分层卧底施工，上分层下卧700 mm 超前下分层5～10 m 施工，下分层保证挖底施工后巷高不低于3.5 m。其次从端头支架前两侧立柱柱窝位置开始，挖底面积为800 mm×500 mm，挖底后确保底板与端头架底座面在同一平面。

2.4 强化组织管理

一是针对专业化队组制定严格的工作面过采空侧巷道管理制度；二是成立专业工程队，超前支护起底作业，各专业班组的工种固定，任务单一，责任明确，提高作业效率。

3 优化效果

采取以上措施后，围岩变形速率有效控制，巷道断面得以保障，单体柱损坏率大幅降低，按年均推进800 m 计，全年节约1 000 根单体柱。

采空侧巷道内作业环境得到改善，保证了矿井的正常生产，减轻了人员劳动强度，工作面产量逐年提升。试验运行阶段工作面每年过采空侧巷道期间月均产量62 185～64 107 t。随着优化改进措施的逐步实施，工作面每年过采空侧巷道期间月均产量显著增加，见表1。

表1 景福煤矿近5 年采煤工作面过采空侧巷道产量统计分析Table 1 Statistical analysis on output of overhead side roadway in coal face of Jingfu Coal Mine in recent 5 years

2018 年增长至77 570 t，2019 年88788 t，2020 年83925 t，2021 年预计在90 000 t/月上下；单个工作面过采空侧巷道月均产量由15101 工作面的59 271 t，增长至15104 工作面71 016 t，15105工作面77 220 t，15106 工作面81 499 t，15107 工作面月均产量预计85 000 t。

续表

4 结 论

（1） 针对景福煤矿15101 综采工作面采空侧巷道受开采深度、采高、预留煤柱及上一工作面采动的影响，矿压显现强烈，围岩劣化明显引起的一系列问题，采用优化加强支护、顺槽超前作业、强化组织管理等改进措施。这些措施逐步实施后，采煤工作面采空侧巷道内作业环境大幅改善，作业空间得以保障，单体柱损坏率大幅降低，减轻了人员劳动强度，安全通道畅通，保证了矿井的正常安全生产，工作面产量显著提升。

（2） 景福煤矿过采空侧巷道的一套体系办法，是在生产过程中一次次试验总结完善出来的，为类似矿井采用采区前进式开采顺序、工作面邻面搬家、采空侧巷道治理方面供了技术经验，尤其是相关基建矿井转入生产矿井初期，有借鉴参考价值。