鄭宗儒 劉 聰

（國(guó)家能源集團(tuán)寧夏煤業(yè)公司棗泉煤礦，寧夏 銀川 750001）

1 概況

棗泉煤礦13 采區(qū)工作面布置形式采用跨區(qū)段三巷布置，邊界泄水巷配合小煤柱沿空掘進(jìn)。130203工作面位于13 采區(qū)+929 m 水平，是13 采區(qū)第3個(gè)工作面，工作面東側(cè)留5～15 m 煤柱（風(fēng)巷一段為15 m 煤柱、二段為5 m 煤柱）與130202 工作面采空區(qū)相鄰，西側(cè)、南側(cè)為未開拓區(qū)域，北側(cè)為13采區(qū)輔運(yùn)下山延深段，13 采區(qū)邊界泄水巷平行風(fēng)機(jī)兩巷布置在工作面內(nèi)（89#～91#支架處），貫穿工作面回采始終，如圖1。

圖1 13 采區(qū)工作面布置示意圖

130203 綜放工作面開采2 煤層，均厚7.84 m，厚度變化小，結(jié)構(gòu)單一，少數(shù)鉆孔含1～3 層夾矸，普氏硬度系數(shù)f=1.6～1.9，容重1.31～1.35 t/m3。2 煤頂板為平均厚4.85 m 炭質(zhì)泥巖，炭質(zhì)泥巖易脫層、遇水膨脹變軟；其上為細(xì)粒砂巖、泥巖及粉砂巖互層，平均厚7.6 m；再上為平均厚10.58 m 左右的中粒砂巖。2 煤底板以平均厚7.45 m 左右細(xì)粒砂巖為主。

工作面可采長(zhǎng)度2660 m，傾斜長(zhǎng)226.97 m。130203 工作面埋深500～780 m，超前采動(dòng)影響下礦壓顯現(xiàn)強(qiáng)烈[1-4]。

2 工作面兩巷呈現(xiàn)的問題

（1）工作面兩巷超前采動(dòng)壓力大、巷道變形嚴(yán)重，兩巷礦壓顯現(xiàn)明顯，巷道頂沉、底鼓及幫鼓嚴(yán)重，風(fēng)機(jī)兩巷超前120 m 范圍內(nèi)巷道壓力增大，超前30 m內(nèi)巷道變形嚴(yán)重，頂沉、底鼓量達(dá)到2.5 m，兩幫移近量達(dá)到1.0 m 左右。

（2）工作面兩巷超前支護(hù)困難，維護(hù)量大。為了滿足巷道通風(fēng)、運(yùn)輸、行人需要及頂、幫安全，采取頂板打設(shè)走向錨索桁架進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，兩幫進(jìn)行二次擴(kuò)幫，底鼓處進(jìn)行起底等措施。由于頂沉、底鼓及兩幫移近量大，原支護(hù)的支柱變形、鉆底量大，維護(hù)時(shí)空間狹小，工程量大，進(jìn)度緩慢，維護(hù)非常困難。

3 工作面巷道綜合控制技術(shù)

3.1 工作面回風(fēng)巷控制技術(shù)

（1）安裝前風(fēng)巷起底、擴(kuò)幫維護(hù)。安裝前，利用綜掘機(jī)進(jìn)行起底、擴(kuò)幫維護(hù)，起底后巷道高度4450 mm，擴(kuò)幫后巷道凈寬4200 mm。對(duì)兩幫進(jìn)行錨網(wǎng)支護(hù)，錨索采用Ф21.8 mm×2800 mm 預(yù)應(yīng)力鋼絞線，錨桿采用20#-M22-2000BHRB335 左旋螺紋鋼錨桿，間排距均為900 mm×900 mm。

（2）回風(fēng)巷二段5 m 小煤柱超前加固。一是幫部打設(shè)護(hù)幫錨索桁架進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，錨索采用Ф21.8 mm×4300 mm 預(yù)應(yīng)力鋼絞線，桁架梁采用11#礦用工字鋼加工，長(zhǎng)度2500 mm，桁架安裝角度為60°；二是施工錨索桁架完畢后對(duì)巷道進(jìn)行噴漿封閉，強(qiáng)度為C20，厚度為100 mm；三是噴漿后在巷道上幫施工兩排注漿孔進(jìn)行注漿加固，孔徑為43 mm，孔深2500～3000 mm，間排距為3000 mm×1000 mm（成“三花”布置），施工角度為30°仰角。回風(fēng)巷超前維護(hù)示意圖如圖2。

圖2 回風(fēng)巷超前維護(hù)示意圖（mm）

（3）加強(qiáng)回風(fēng)巷超前支護(hù)。根據(jù)兩巷超前礦壓顯現(xiàn)情況，將風(fēng)機(jī)兩巷超前支護(hù)長(zhǎng)度由80 m 加長(zhǎng)至120 m。2020 年10 月在回風(fēng)巷首次使用無反復(fù)支撐單元支架，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行多種支護(hù)方式的對(duì)比并不斷進(jìn)行改進(jìn)。

（4）回風(fēng)巷超前采用防治底鼓新技術(shù)——“底板切槽+檔樁+大直徑卸壓鉆孔”綜合治理技術(shù)。為防止風(fēng)巷超前底鼓，該礦與山東科技大學(xué)合作，在現(xiàn)有基本支護(hù)基礎(chǔ)上，提出增加“擋+卸”的綜合治理思路。具體為：底板切槽（卸）+“錨索-注漿鋼管斜樁（擋）+實(shí)體煤幫大直徑鉆孔（卸）”組合治理方案，如圖3。

圖3 回風(fēng)巷底板切槽、斜“擋”樁布置示意圖

① 底板切槽：在巷道底板中心附近布置松動(dòng)卸壓槽，卸壓槽深度取2.0 m，寬度0.5 m，施工長(zhǎng)度60 m。

② “擋”樁方案：在試驗(yàn)段巷道兩側(cè)分別布置一排斜樁，斜樁與水平方向呈60°傾斜向巷道外側(cè)布置，斜樁長(zhǎng)度3.0 m。方案一間距1.0 m，施工長(zhǎng)度30 m；方案二間距0.5 m，施工長(zhǎng)度30 m。

③ 實(shí)體煤幫大直徑卸壓鉆孔。在實(shí)體煤幫布置大直徑卸壓鉆孔，使側(cè)向支承壓力峰值向煤幫深部轉(zhuǎn)移。在距巷道底板1.0 m 和2.0 m 處，沿巷道走向施工2 排大直徑鉆孔，呈三花眼布置，鉆孔施工時(shí)為方便現(xiàn)場(chǎng)施工可稍帶一定仰角。方案一：鉆孔Φ130 mm，長(zhǎng)度10 m，間距4.0 m，施工長(zhǎng)度30 m；方案二：鉆孔Φ130 mm，長(zhǎng)度10 m，間距2.0 m，施工長(zhǎng)度30 m?；仫L(fēng)巷實(shí)體煤幫大直徑卸壓鉆孔示意圖如圖4。

圖4 回風(fēng)巷實(shí)體煤幫大直徑卸壓鉆孔示意圖

3.2 工作面皮帶巷控制技術(shù)

（1）皮帶巷超前外打設(shè)大直徑走向錨索桁架加強(qiáng)支護(hù)。皮帶巷距離巷道下幫1000 mm 距上幫500 mm 處各打設(shè)一排走向錨索桁架，錨索采用Φ28.6 mm×8300 mm 的預(yù)應(yīng)力鋼絞線，桁架端頭間距1500 mm，桁架梁采用11#礦用工字鋼加工，長(zhǎng)度為2500 mm。

（2）皮帶巷上幫加強(qiáng)支護(hù)。上幫自工作面煤壁向外施工護(hù)幫錨索桁架，錨索采用Φ21.8 mm×4300 mm 預(yù)應(yīng)力鋼絞線，間排距為2000 mm×1000 mm；桁架梁采用11#礦用工字鋼加工，長(zhǎng)度2500 mm，桁架水平安裝。下端錨索距離底板1000 mm 處打設(shè)，上下兩排錨索相錯(cuò)1000 mm 打設(shè)，注水點(diǎn)處施工三排桁架，其他段施工兩排桁架。

（3）超前施工大直徑鉆孔卸壓。在130203 工作面皮帶巷上幫煤壁向外150 m 處開始施工大直徑卸壓鉆孔，孔徑133 mm，孔深20 m，間距3.0 m，孔位布置在距巷道底板2.5～3.0 m 處，垂直于煤壁開孔，鉆孔傾角與煤層傾向坡度一致。目前已施工大直徑卸壓鉆孔88 個(gè)，全部已回采，根據(jù)回采時(shí)皮帶巷實(shí)際礦壓顯現(xiàn)情況，大直徑卸壓鉆孔卸壓效果不明顯。

（4）超前水力致裂切頂卸壓。為減緩超前支承壓力對(duì)皮帶巷的影響，在皮帶巷超前采取水力致裂切頂卸壓措施，上下幫各打一排鉆孔，上幫與下幫側(cè)開口位置分別距離煤柱3 m 與1 m 左右，與巷道夾角分別為5°～15°和45°，向工作面方向打設(shè)，鉆孔長(zhǎng)度50 m，傾角50°，鉆孔間距10 m，鉆頭直徑56 mm，鉆桿直徑42 mm，如圖5。

圖5 皮帶巷超前水力致裂切頂卸壓鉆孔施工示意圖

4 結(jié)語

通過回采超前巷道控制技術(shù)探索與研究，實(shí)施回采超前巷道控制技術(shù)，減小了工作面兩巷回采巷道變形量，較以往巷道變形量縮小了50%，減小巷道維修量，節(jié)約了生產(chǎn)成本。目前工作面兩巷巷道尺寸能夠滿足生產(chǎn)需求。同時(shí)，上述控制技術(shù)研究成果為后續(xù)礦井采區(qū)布置方式及小煤柱沿空掘巷的進(jìn)一步研究實(shí)施積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。