复合顶板条件下切顶卸压留巷支护控制要点分析

王 鹏

(河南能源化工集团焦煤公司赵固一矿，河南 新乡 453634)

0 引言

在煤矿开采的过程中，选择使用切顶卸压留巷支护的方式，对提升煤炭资源的采出率，降低下部煤层开采过程中可能出现的应力集中问题有着明显的效果。同时也有助于减少巷道掘进进尺数量，有助于工作面开采过程中实现Y型通风，因此，在当前煤矿开采过程中取得了较好的应用效果。赵固一矿16041工作面在开采的过程中，对于回风巷道设计采用切顶卸压留巷的方式，可以将巷道留下来为邻近工作面服务，但是由于复合顶板影响，增加了留巷段巷道顶板整体控制的难度。

1 工程概况

赵固一矿16041工作面设计采用的是综采方式，倾斜长度设计为110 m，走向长度设计为1 121 m，开采的煤层是二1煤层，煤层厚度约为6.21 m，从煤层赋存情况来看，整体较为稳定。为了更好地保证16041工作面开采的安全性，本次对煤层上覆顶板构成情况进行了钻探分析，钻孔揭露顶底板岩层情况如表1所示。从表1可看出，煤层顶板由砂质泥岩、泥岩及砂岩等构成，属于复合顶板，其中泥岩、砂岩等组合整体变化较大。在巷道顶板上部1.3 m的范围内有着较为明显的离层、破碎的问题。在2～7.6 m，砂质泥岩、砂岩出现了较大的厚度变化，同时，该层岩层出现的破坏情况，对回风巷切顶留巷的效果有着非常大的影响。在对巷道进行支护时，本次设计采用锚网索支护的方式，巷道支护示意图如图1所示。

图1 巷道支护示意图

表1 钻孔揭露顶底板岩层情况

2 巷道支护方案

2.1 巷道顶板补强加固技术方案

为了更好地提升巷道支护效果，在本次支护时，对巷道顶板岩层进行了补强支护，主要的补强支护措施为补强加固锚索、设置锚索梁，在切顶的位置主要采取了补强恒阻锚索梁，具体的支护方案如下。

1)补强加固锚索。在巷道原有支护的基础上，本次设计采用补打锚索的方式，对巷道顶板进行全面补强，原支护锚索、补强锚索形成双排支护锚索。本次将补强的锚索设置在巷道中心线下方1.7 m的位置，具体规格是φ17.8×12 300 mm。

2)补强加固锚索梁。在巷道顶板上采取与补打锚索交叉布置的方式设置锚索梁，设计采用“一梁四索”的方式，锚索的具体规格是φ17.8×12 300 mm，锚索梁设计采用长度为3.6 m槽钢，设计眼距为1.5 m。

3)补强恒组锚索梁。为了更好地保证巷道的稳定性，在顶板与切顶线距离0.3 m的位置设置恒阻锚索梁，具体规格是φ17.8×12 300 mm。锚索梁设计采用长度为4.5 m槽钢，设计眼距为1 m。如果在施工过程中出现顶板整体较为破碎的问题，技术人员应适当将恒阻锚索设置的距离减小。为了更好地提升锚索支护效果，本次对使用到的锚索均选择使用锚固剂进行加长锚固，同时在锚固之后，选择使用张拉机对锚索进行预计。

2.2 留巷段支护方案

从工作面开采情况来看，本次将采面划分为4个区段，在采面前方超前20 m范围内属于超前支护范围，在后面120 m的范围内属于滞后支护区域。在120～200 m的位置属于稳定区域。在超过200 m的范围内属于稳定区域。

1)超前支护区域的支护。由于在超前回采工作面20 m左右的位置，开采扰动整体较为明显，因此需要开展超前支护。虽然已经采取了上述多种类型的支护方式，但是为了更好地保证工作面开采的安全性，仍旧选择使用矿用工字钢对顶板进行了强化支护。

2)滞后支护区域的支护。在开采后方，由于采空区顶板垮落的影响，巷道围岩整体的控制难度相对偏大。所以，在该范围中，设计使用π钢、单体支柱的方式，采取“一梁三柱”的形式构成架棚，实现对巷道顶板的强化支护。本次设计架棚之间的距离为0.8 m，在巷道和π钢的端头设置了间距0.2 m，在下帮单体支柱距离下帮设置了0.8 m的空间，这些空间的设定为风筒留下了相对较大的空间。在对中部支柱进行布置时，主要是沿着中线方向进行布置。此外，在对单体液压支柱进行布置时，本次布置在距离切顶线1.1 m的位置，同时随着工作面的不断向前推进，巷道支护不断向前移动。

3)成巷待稳定区域的支护。在工作面后方120～200 m的范围内，属于巷道成型后的稳定区。在对该区域进行支护时，本次主要根据回风巷道变形情况、矿压显现等方面对整个支护方案进行针对性支护。若巷道围岩变形量出现了增加或者围岩整体压力显现越来越明显，则应当严格按照滞后支护区支护参数进行强化支护。如果围岩变形整体趋于稳定或者矿压显现不明显，技术人员在支护时，可采取间隔一棚然后回撤一棚，对于棚子之间的距离也可从0.8 m提升到1.6 m。

4)成巷稳定区域的支护。在开采工作面后方200 m的位置，整体属于成巷稳定区域，在该区域内，可以根据围岩变形、矿压显现情况对支护方案进行优化设计。若围岩整体较为稳定，矿压显现几乎不存在，技术人员可以将支护棚全部撤除。如果围岩变形整体区域稳定，矿业显现也不明显，则技术人员可以采取间隔一棚回撤一棚的方式进行支护。此外，若矿压显现较为明显，则在支护时，需要严格按照设计进行架棚支护。

2.3 挡矸支护技术方案

本次在回风巷道留巷段选择使用重型U钢柱，距离采空区较近的选择使用菱形纤维网，距离巷道较近的选择使用金属网，三者共同形成挡矸支护。钢柱在布置时，间距设计为0.8 m，布置位置选择在切顶线外的50 mm处。两节U型钢组成钢柱，在钢柱搭接时，控制搭接长度在0.4 m。

2.4 巷道顶板深孔定向爆破切顶方案

由于二1煤层属于复合顶板，综合岩层条件、顶板成缝率及先前施工检验，本次设计顶板切缝高度为10.5 m，在具体切顶时，本次设计采用聚能爆破预裂技术，将钻孔设置在距离顶板上帮0.5 m的位置，为了更好地提升爆破效果，钻孔倾角设置为90°，钻孔φ50 mm，深度设置为10.5 m。爆破使用的炸药选择煤矿许用乳化炸药。

3 留巷段支护效果

在对16041工作面回风巷道选择使用切顶卸压等支护方式后，为了对巷道围岩整体的控制效果进行全面研究，本次对留巷段巷道围岩变形情况进行了全面监测。从本次监测情况来看，在工作面进行正常回采的条件下，回采速度控制在4.8 m/d。留巷段在全部支护完成之后的22 d就进入到成巷待稳定区，在支护40 d之后就开始成为成巷稳定区。在巷道完成支护22 d后，巷道围岩整体的变形开始增加，在支护26 d之后，巷道围岩整体变形区域稳定。本次共进行了60 d的监测，巷道顶板和底板的变形量达到了110 mm，两帮收敛量达到了240 mm，这表明留巷段能够为后续使用。

4 结语

在16041工作面回风巷道切顶留巷期间出现了较为明显的支护困难、稳定性较差的问题，在对巷道顶板岩层进行分析的基础上，针对性地提出了补强加固锚索、设置锚索梁，在切顶位置采取补强恒阻锚索梁的方式进行强化支护，选择使用深孔聚能爆破的方式将符合顶板和采空区之间的应力传播路径有效切断。从现场使用情况来看，整体取得了较好的支护效果。