辛宗澤

（山西焦煤汾西礦業(yè)集團(tuán)宜興煤業(yè)有限公司，山西 孝義 032300）

采用小煤柱沿空掘巷技術(shù)，一方面減少了煤炭資源的浪費(fèi)，提高了煤炭的采出率，另一方面將巷道布置在應(yīng)力降低區(qū)中，極大地改善了巷道圍巖的受力狀況，有利于巷道的維護(hù)，具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢[1]。但采用小煤柱沿空掘巷技術(shù)，為了避開殘余支撐應(yīng)力的影響，需要在上區(qū)段工作面采空區(qū)完全穩(wěn)定之后進(jìn)行掘進(jìn)巷道，為了不影響礦井正常的采掘接替作業(yè)，往往需要進(jìn)行跳采作業(yè)，這就會出現(xiàn)孤島工作面的情況。本文以宜興礦1202孤島工作面的順槽作為研究對象，探討孤島工作面強(qiáng)礦壓顯現(xiàn)下順槽的有效支護(hù)方法。

1 工程概況

宜興礦1202孤島工作面呈東西走向布置，北鄰1201綜采工作面采空區(qū)，南與1203工作面采空區(qū)相鄰，走向長2933.5m，傾斜長度212.1m，如圖1所示。1202工作面距相鄰工作面留6m煤柱沿空掘巷，頂板巖性以中粒砂巖及砂巖為主，抗壓強(qiáng)度17.89～82.02MPa之間，平均45.30MPa，單向抗拉強(qiáng)度1.29～4.13MPa，平均2.36MPa，屬中等穩(wěn)定頂板。2號煤層底板巖性大多為炭質(zhì)泥巖，抗壓強(qiáng)度6.65～45.60MPa，平均21.32MPa；抗拉強(qiáng)度0.57～1.50MPa，平均0.97MPa，屬不穩(wěn)定巖層。

圖1 1202孤島工作面示意圖

2 巷道礦壓顯現(xiàn)分析

2.1 原有巷道支護(hù)形式

1202工作面軌道平巷和運(yùn)輸平巷均沿煤層頂板布置，掘進(jìn)寬度5m、高度2.9m，采用錨桿索加金屬網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)，如圖2所示。頂錨桿間排距900×1000mm，桿體采用Φ22×2200mm無縱筋左旋螺紋鋼，錨索為Φ17.8×6500mm鋼絞線，間排距2000×3000mm，幫錨桿間排距900×1000mm，左幫采用Φ16×1600mm圓鋼錨桿，右?guī)筒捎忙?6×1600mm玻璃鋼錨桿。

圖2 1202孤島工作面材料順槽原支護(hù)方案 （單位:mm）

2.2 巷道破壞情況

由于1202采用小煤柱的護(hù)巷方式，雖然巷道避開了峰值應(yīng)力的影響區(qū)域，但小煤柱在上工作面回采期間產(chǎn)生的集中應(yīng)力的影響下發(fā)生塑性變形，整體性變差，中間甚至沒有穩(wěn)定的彈性應(yīng)力核區(qū)，在本工作面回采期間，在超前支承壓力的影響下，發(fā)生較為嚴(yán)重的片幫現(xiàn)象，巷幫錨桿大面積失效導(dǎo)致整個(gè)巷幫結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)，嚴(yán)重制約了巷道的正常使用。

在工作面遇斷層、無炭柱及地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜地段時(shí)，巷道頂?shù)装寮皟蓭偷睦塾?jì)移近量都急劇增加，部分地段巷道頂板出現(xiàn)較為嚴(yán)重的離層，甚至錨索被拉斷。整體而言，在1202孤島工作面回采期間，原有的支護(hù)方式無法有效控制巷道兩幫及頂?shù)装宓淖冃?，甚至發(fā)生比較嚴(yán)重的片幫和離層。

3 支護(hù)方案優(yōu)化

通過上述礦壓顯現(xiàn)的分析，要想有效控制1202孤島工作面回采巷道的圍巖變形，須采用強(qiáng)幫護(hù)頂?shù)闹ёo(hù)理念，同時(shí)注重工作面的超前加強(qiáng)支護(hù)。通過現(xiàn)場觀測及理論計(jì)算分析，可以得出靠近煤柱一側(cè)的巷幫煤柱塑性區(qū)在2m左右，而原有的支護(hù)方案中巷幫錨桿的長度僅為1600mm。其錨固點(diǎn)無法深入穩(wěn)定的煤體中，使得幫部錨桿達(dá)不到良好的支護(hù)效果，故在優(yōu)化方案中將幫部錨桿長度改為2200mm。

進(jìn)一步分析巷道圍巖結(jié)構(gòu)，所采2號煤層平均厚度1.6m，煤層中分布有一到兩層厚度在0.2m左右的夾矸。整體而言巷道兩側(cè)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，節(jié)理裂隙發(fā)育。原有巷幫錨桿的支護(hù)密度過低，無法穩(wěn)定的錨固巷幫。尤其是靠近煤柱側(cè)的巷幫，經(jīng)歷了上區(qū)段工作面的采動應(yīng)力以及殘余支承壓力的影響，煤柱發(fā)生大范圍塑性破壞。加之本工作面掘巷擾動以及本工作面回采產(chǎn)生的超前支承壓力的影響，在巷幫沒有足夠支護(hù)強(qiáng)度的情況下，煤體更加破碎，承載能力進(jìn)一步下降，甚至產(chǎn)生嚴(yán)重的片幫現(xiàn)象。因此，需提高原有的巷幫支護(hù)密度，對煤柱側(cè)的巷幫進(jìn)行注漿加固。

在原有支護(hù)方案中，頂板的支護(hù)耦合性差，在錨桿還沒能充分發(fā)揮承載性能的時(shí)候，錨索已產(chǎn)生破斷，錨桿錨索的支護(hù)系統(tǒng)沒有很好的協(xié)調(diào)發(fā)揮作用，作為一個(gè)統(tǒng)一的支護(hù)系統(tǒng)來強(qiáng)化圍巖。針對此問題，引入桁架錨索支護(hù)。此系統(tǒng)采用專用的連接器將兩根斜打入巷道頂板的錨索連接起來，并施加水平預(yù)緊力[2-3]。桁架錨索不僅可以對巷道頂板產(chǎn)生垂直于頂板方向的懸吊力，還可以產(chǎn)生水平的壓力改善頂板圍巖的受力狀況，使其成為一個(gè)較為穩(wěn)定的整體，再配合頂板淺部的錨桿支護(hù)，整體性得到進(jìn)一步加強(qiáng)。最終，使得改進(jìn)后的支護(hù)方案能達(dá)到強(qiáng)幫護(hù)頂?shù)睦硐胫ёo(hù)效果。

結(jié)合以上基于受力機(jī)理及現(xiàn)場工程地質(zhì)條件的優(yōu)化分析，最終得出改進(jìn)后的支護(hù)方案如下圖3所示?？拷褐鶄?cè)的巷幫錨桿及頂板錨桿均采用Φ22×2200mm的螺紋鋼錨桿，排距由原來的1000mm縮短為800mm。原頂板的單體錨索改為桁架錨索，排拒1600mm。

圖3 1202孤島工作面材料順槽改進(jìn)支護(hù)方案 （單位:mm）

4 效果

掘進(jìn)機(jī)每掘進(jìn)一個(gè)進(jìn)尺（800mm），及時(shí)打錨桿進(jìn)行支護(hù)，上鋪金屬網(wǎng)。隨后按照改進(jìn)后的支護(hù)方案進(jìn)行永久支護(hù)。支護(hù)完成后，滯后掘進(jìn)工作面不超過50m的距離對煤柱側(cè)巷幫進(jìn)行注漿加固。1202回采期間，根據(jù)峰值應(yīng)力的影響范圍，超前工作面15m的范圍內(nèi)加強(qiáng)臨時(shí)支護(hù)。

采用改進(jìn)后的支護(hù)方案后，通過現(xiàn)場觀測表明，1202孤島工作面生產(chǎn)期間，兩順槽頂?shù)装謇塾?jì)移近量平均200mm，最大500mm，兩幫移近量平均300mm，最大600mm，沒有出現(xiàn)大面積的片幫現(xiàn)象，減少了巷道復(fù)修的工作量，保證了工作面的安全高效推進(jìn)。證明改進(jìn)后的支護(hù)方案能夠有效地控制1202孤島工作面順槽的圍巖變形，為相似條件的巷道支護(hù)提供了有益的參考。