程如春

（山西焦煤西山煤電晉興能源公司斜溝煤礦，山西 興縣 033699）

引言

隨著煤炭資源的大規(guī)模開采利用，東部及中部地區(qū)淺層煤炭資源基本回采殆盡，已進入深部開采，西部煤炭采深逐年增加[1]。隨著深度增加，煤炭開采受到地質(zhì)條件、地應力及礦壓顯現(xiàn)等不利因素的影響更為明顯，采場及巷道頂板控制難度不斷增加[2-3]。為此，眾多研究學者對礦井回采巷道頂板控制展開研究，但是多集中在圍巖支護方式，對回采巷道超前支護優(yōu)化方面研究較少[4]。現(xiàn)階段礦井回采巷道支護多采用單體支柱、工字鋼組成的邁步抬棚，也存在支護強度低及支護材料消耗量大等問題[5]。為此，本文以山西某礦3701綜放工作面為研究對象，對回采巷道支護參數(shù)進行優(yōu)化。

1 工程概況

3701綜放工作面回采的7號煤層埋深平均在460 m，采面設計走向推進距離1 205 m、傾向斜長156 m，回采的煤層厚度5.5 m，賦存穩(wěn)定，傾角6°，采放比為1∶1。7號煤層直接頂為細砂巖，厚度10.5 m、硬度7；老頂為中砂巖，厚度11.3 m、硬度8；直接底為砂質(zhì)泥巖、泥巖互層，厚度3.5 m、硬度3.5。

3701綜放工作面回采巷道支護超前支護范圍為采面前方20 m，采用單體、鉸接梁按照“一梁三柱”支護，同時使用半圓木及工字鋼對超前支護體系進行補強加固，在每根鉸接鋼梁上布置2根半圓木（長度3.0 m），以提高頂板支護效果。

2 回采巷道超前支護存在問題

1）受到3701綜放工作面采高大、回采動壓影響范圍大及動壓顯現(xiàn)明顯等因素影響，回采巷道圍巖變形量相對較大，超前支護體系整體受力較大，部分鉸接梁由于錯動而失去對頂板的承載作用。

2）由鉸接梁及單體支柱構成的超前支護體系，存在支護強度低、支護材料使用量大及回收困難等問題，特別是在采面基本頂垮落來壓期間，超前支護段頂板下沉量大，難以起到較好的圍巖控制效果。

3）在超前支護段鉸接梁上增加半圓木，對頂板進行強化支護，在轉(zhuǎn)載機位置受支護面積及跨距大等因素影響，頂板支護強度相對較低，在采面來壓期間半圓木容易斷裂。

4）安全通道使用工字鋼作為單體底梁，在對單體回撤時底梁容易出現(xiàn)彎折或者翹起等問題，給采面超前支護段正常使用帶來不利影響。

3 超前支護段支護參數(shù)優(yōu)化

基于以往研究成果，在充分利用現(xiàn)有超前支護體系的基礎上提出：對巷道超前加固段使用注漿錨索對頂板進行補強加固；巷幫采用樹脂錨桿、柔性纖維網(wǎng)進行補強支護，以確保3701綜放工作面超前支護段圍巖變形在允許范圍內(nèi)，滿足煤炭安全、高效回采需要。具體超前支護參數(shù)優(yōu)化設計如下：

3.1 頂板注漿錨索布置

在采面超前支護段采用Φ21.6 mm×5 000 mm中空注漿錨索（1×8股）進行補強加固。錨索布置在鉸接梁中間并按照1 800 mm×2 000 mm間排距施工，每排布置3根錨索。頂端采用2支CK2355錨固劑錨固后給錨索施加200 kN預緊力。

3.2 巷幫補強加固

在巷板采用3根玻璃鋼錨桿（規(guī)格為Φ18 mm×2 000 mm）、鋼帶（BHW-300-3×400 mm）進行支護，錨桿均按照1 000 mm×1 000 mm間排距布置。端頭采用2支2335型錨固劑錨固。在巷幫掛柔性纖維網(wǎng)。具體超前支護段頂板注漿錨索、巷幫玻璃鋼錨桿布置如下頁圖1所示。

圖1 超前支護段強化支護示意圖（單位：mm）

4 超前支護段巷道支護效果

圍巖變形是衡量超前支護段圍巖控制效果最為直觀的一個指標，在巷道超前支護段布置測點對巷幫及頂板變形量進行監(jiān)測，并對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行整理分析，具體監(jiān)測結(jié)果如圖2所示。

圖2 超前支護段圍巖變形量監(jiān)測結(jié)果

從圖2可看出，巷幫及頂板變形量隨著測點與采面間距不斷縮小呈逐漸增加趨勢，表明采動動壓是影響超前巷道圍巖變形量的主要因素。在測點與采面相距50 m時，頂板及巷幫變形量分別為5 mm、3 mm；測點與采面間距縮小至5 m時，頂板及巷幫變形量增加至144 mm、170 mm，雖然變形量明顯增加，但是整體變形量仍較小。支護使用的鉸接頂梁及單體支柱等均未出現(xiàn)明顯變形。由此表明，本文所提及的超前支護優(yōu)化技術可滿足3701綜放工作面回采巷道超前支護需要。

5 結(jié)論

1）受回采巷道超前支護強度低、采面采動動壓顯現(xiàn)明顯等因素影響，3701綜放工作面回采巷道超前支護段原采用的“單體支柱+鉸接梁”方式圍巖控制效果不佳，導致巷道圍巖變形量較大，不僅需要安排人員對巷道進行修整，而且給采面煤炭正?；夭蓭硪欢ㄓ绊?。

2）對采面回采巷道超前支護段支護參數(shù)進行優(yōu)化，具體是通過注漿錨索提高巷道頂板強度及穩(wěn)定性，采用玻璃鋼錨桿強化巷幫支護。經(jīng)現(xiàn)場實際應用后，超前支護段頂板、巷幫最大變形量分別控制在144 mm、170 mm以內(nèi)，有效降低了采動動壓影響，并控制了巷道圍巖變形量。