郭洪雷 陳 茜 楊景宏

（內(nèi)蒙古東林煤炭有限公司，內(nèi)蒙古 錫林郭勒盟 013200）

1 工程概況

1.1 地質(zhì)概況

E1301綜采工作面走向長度720 m，傾斜長度172 m，開采的3#煤層為無煙煤，厚度1.88 m，傾角15°，賦存較穩(wěn)定。本工作面內(nèi)煤層無巖漿巖體、陷落柱。預(yù)計(jì)工作面內(nèi)有3條沖刷變薄帶，1#走向55°，2#走向142°，3#走向58°，受沖刷影響局部煤層變薄，對(duì)回采及煤質(zhì)影響較大。

3#煤層上覆頂板為泥巖、砂質(zhì)泥巖以及砂巖等構(gòu)成的復(fù)合頂板，在E1301回風(fēng)巷施工鉆孔對(duì)頂板巖層進(jìn)行探測，受鉆孔塌孔影響鉆孔施工深度僅為7.6 m，頂板探測鉆孔揭露頂板巖層情況如圖1所示。從圖中看出，3#煤層頂板為典型的復(fù)合頂板，砂巖、泥巖等組合變化大；回風(fēng)巷頂板上覆1.5 m范圍內(nèi)存在巖層破碎、離層情況明顯；頂板上覆2～5 m范圍內(nèi)存在厚度變化較大的砂巖及砂質(zhì)泥巖，該層巖層破壞狀態(tài)直接影響回風(fēng)巷切頂留巷效果。

圖1 鉆孔揭露頂板巖層情況

1.2 回風(fēng)巷原支護(hù)設(shè)計(jì)

E1301回風(fēng)巷斷面為梯形，巷道凈高×凈寬=2.9 m×4.7 m，支護(hù)采用錨網(wǎng)索方式，具體支護(hù)斷面如圖2。

圖2 巷道支護(hù)斷面圖（mm）

巷道頂板采用樹脂錨桿（Ф20 mm×2200 mm）、樹脂錨索（Ф15.24 mm×7500 mm）、鋼筋梯（Ф20 mm圓鋼焊接而成）、鋼筋網(wǎng)（網(wǎng)孔80 mm×80 mm）組合支護(hù)，錨桿、錨索布置間排距分別為830 mm×830 mm、1600 mm×1600 mm。

巷幫采用樹脂錨桿（Ф16 mm×1800 mm）、金屬網(wǎng)（網(wǎng)孔100 mm×100 mm）組合支護(hù)，上幫錨桿、下幫錨桿間排距為900 mm×800 mm、800 mm×800 mm。

2 E1301回風(fēng)巷支護(hù)方案

2.1 頂板補(bǔ)強(qiáng)加固方案

E1301回風(fēng)巷頂板巖層補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)措施包括有補(bǔ)強(qiáng)加固錨索、錨索梁，切頂補(bǔ)強(qiáng)恒阻錨索梁，具體各措施布置方案為[3-4]：

（1）補(bǔ)強(qiáng)加固錨索。在E1301回風(fēng)巷原頂板支護(hù)基礎(chǔ)上，補(bǔ)打錨索對(duì)頂板進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，補(bǔ)打錨索與原頂板支護(hù)錨索組成雙排錨索；補(bǔ)打錨索布置在巷道中心線下側(cè)1700 mm位置，補(bǔ)打錨索規(guī)格為Ф21.6 mm×7200 mm鋼絞線。

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（2）補(bǔ)強(qiáng)加固錨索梁。在E1301回風(fēng)巷補(bǔ)強(qiáng)加固使用的錨索梁平行于頂板鋼帶并與頂板補(bǔ)打錨索交叉布置，錨索梁位于相鄰鋼帶中間，采用“一梁兩索”布置。錨索規(guī)格為Ф21.6 mm×9200 mm鋼絞線，錨索梁為眼距1400 mm、長1800 mm槽鋼。

（3）切頂補(bǔ)強(qiáng)恒阻錨索梁。在巷道頂板距離切頂線300 mm位置布置一排恒阻錨索梁，錨索采用規(guī)格Ф21.6 mm×10 200 mm鋼絞線，錨索梁為眼距800 mm、長度1200 mm槽鋼。當(dāng)頂板破碎時(shí)可適當(dāng)縮小恒阻錨索布置間距。

巷道補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)采用的錨索均使用4支MSZ2350錨固劑錨固，有效錨固長度2000 mm。錨固完成后使用MZ22-200張拉機(jī)施加給錨索200 kN以上預(yù)緊力。具體頂板補(bǔ)強(qiáng)加固設(shè)計(jì)如圖3。

圖3 頂板補(bǔ)強(qiáng)加固示意圖（mm）

2.2 留巷段支護(hù)方案

根據(jù)E1301綜采工作面開采情況，將采面劃分為4個(gè)區(qū)段，超前采面前方20 m范圍為超前支護(hù)區(qū)，采面后方120 m范圍內(nèi)滯后支護(hù)區(qū)，采面后方120～200 m范圍內(nèi)成巷待穩(wěn)定區(qū)，采面后方200 m以外范圍內(nèi)成巷穩(wěn)定區(qū)。

2.2.1 超前支護(hù)區(qū)支護(hù)

在回風(fēng)巷超前采面20 m范圍內(nèi)受采動(dòng)影響明顯，需進(jìn)行超前支護(hù)。雖然回風(fēng)巷采用錨索、錨索梁以及恒阻錨索梁對(duì)回風(fēng)巷進(jìn)行支護(hù)，為確保采面回采安全，在超前支護(hù)段仍采用礦用工字鋼（4 m長）、單體組成傾向棚支護(hù)頂板，架棚按照“一梁三柱”布置，棚距800 mm。

2.2.2 滯后支護(hù)區(qū)圍巖控制

在采面后方0～120 m范圍內(nèi)屬于滯后支護(hù)區(qū)，在該范圍內(nèi)受采空區(qū)頂板垮落影響，留巷段圍巖變形控制難度較大。為此，在該范圍內(nèi)采用單體支柱以及工字鋼（4 m）按照“一梁三柱”形式組成架棚對(duì)巷道頂板進(jìn)行支護(hù)，并通過單體式液壓支架對(duì)頂板進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，具體支護(hù)斷面如圖4。架棚間距設(shè)計(jì)為800 mm，頂梁工字鋼端頭與回風(fēng)巷下幫間距200 mm，上幫單體支柱距離切頂線600 mm，下幫單體支柱距下幫800 mm，以便給風(fēng)筒留下足夠空間，中部支柱沿著巷道中線布置。單體式液壓支架布置在距離切頂線1100 mm位置，并隨著采面推進(jìn)采用單軌吊向前搬移。

圖4 滯后支護(hù)區(qū)圍巖支護(hù)斷面圖（mm）

2.2.3 成巷待穩(wěn)定區(qū)支護(hù)

在采面后方120～200 m范圍為成巷待穩(wěn)定區(qū)，在該范圍可根據(jù)礦壓顯現(xiàn)情況以及回風(fēng)巷變形情況對(duì)支護(hù)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)。當(dāng)巷道圍巖壓力顯現(xiàn)明顯或者圍巖變形量較大時(shí)，可保持原有滯后支護(hù)區(qū)支護(hù)參數(shù)不變；當(dāng)?shù)V壓顯現(xiàn)不明顯且圍巖變形量穩(wěn)定后，則可間隔一棚回撤一棚，將架棚間距由800 mm增加至1600 mm。

2.2.4 成巷穩(wěn)定區(qū)支護(hù)

在采面后方200 m以外范圍內(nèi)屬于成巷穩(wěn)定區(qū)，在該區(qū)域內(nèi)可依據(jù)礦壓以及圍巖變形情況確定支護(hù)方案。當(dāng)?shù)V壓不顯現(xiàn)且圍巖變形穩(wěn)定時(shí)，則可回撤全部支護(hù)棚；當(dāng)?shù)V壓顯現(xiàn)不明顯或者圍巖變形逐漸趨穩(wěn)時(shí)，則可對(duì)原支護(hù)架棚間隔一棚回撤一棚；當(dāng)?shù)V壓仍有顯現(xiàn)時(shí)，則保持原有架棚支護(hù)。

2.3 擋矸支護(hù)

在E1301回風(fēng)巷留巷段全程由36U型鋼柱、金屬網(wǎng)（靠近巷道）、菱形纖維網(wǎng)（靠近采空區(qū)）組成擋矸支護(hù)。36U型鋼柱間隔800 mm并布置在切頂線外50 mm處，每架36U型鋼柱由2節(jié)U型鋼組成，U型鋼搭接長度控制在400 mm以上，在搭接處采用2道限位卡纜固定。

巷道最外側(cè)靠近采空區(qū)處采用的菱形網(wǎng)為柔性纖維網(wǎng)，網(wǎng)片規(guī)格為3700 mm×1300 mm；靠近巷道側(cè)布置的金屬網(wǎng)采用8號(hào)鍍鋅鐵絲編制而成。菱形網(wǎng)及金屬網(wǎng)鋪設(shè)到頂板上距離均超過200 mm。

2.4 頂板深孔定向爆破切頂

E1301回風(fēng)巷頂板切縫鉆孔深度可通過下述公式計(jì)算：

H縫= （H煤-△H1-△H2）/（K-1） （1）

式中：△H煤為工作面采厚，取1.88 m；△H1為頂板變形量，取40 mm；△H2為底鼓量，取20 mm；K為3#煤層頂板碎脹系數(shù)，取值1.25。帶入公式（1）計(jì)算得到H縫=7.28 m。

3#煤層為復(fù)合頂板，考慮到頂板成縫率、巖層條件以及以往留巷經(jīng)驗(yàn)，將頂板切縫高度設(shè)計(jì)為8.5 m。切頂采用雙向聚能爆破預(yù)裂技術(shù)，切頂鉆孔布置在巷道頂板距離上幫500 mm位置，鉆孔傾角為13°、間距600 mm、鉆孔孔徑48 mm、孔深為8500 mm。切頂爆破時(shí)采用的雙向聚能管內(nèi)徑、外徑分別為36.5 mm、42 mm，聚能管長1500 m，在聚能管內(nèi)4卷規(guī)格Ф35 mm×345 mm、重量400 g煤礦許用三級(jí)水膠炸藥。

3 留巷段效果分析

在E1301回風(fēng)巷采取切頂卸壓等留巷支護(hù)方案后，為分析留巷段圍巖支護(hù)效果，在回風(fēng)巷開始留巷段即設(shè)置測點(diǎn)對(duì)圍巖變形進(jìn)行監(jiān)測。從變形監(jiān)測結(jié)果看出，E1301綜采工作面正?；夭伤俣缺３衷?.8 m/d，留巷段支護(hù)完成25 d即開始進(jìn)入到成巷待穩(wěn)定區(qū)，支護(hù)完成42 d即開始進(jìn)入成巷穩(wěn)定區(qū)。在巷道完成后23 d以內(nèi)，圍巖變形呈顯著增加趨勢，支護(hù)完成25 d后圍巖變形量逐漸趨于穩(wěn)定。在監(jiān)測期間（55 d）頂?shù)装濉⑾飵妥冃瘟糠逯捣謩e為103 mm、242 mm，留巷段斷面可滿足后續(xù)使用需要。

4 結(jié)語

（1）E1301回風(fēng)巷在切頂留巷期間面臨頂板穩(wěn)定性差、支護(hù)困難等問題。在分析回風(fēng)巷頂板巖層基礎(chǔ)上，提出綜合使用錨索、錨索梁以及恒阻錨索梁方式對(duì)回風(fēng)巷頂板進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。

（2）采用雙向深孔聚能爆破方式切斷E1301回風(fēng)巷復(fù)合頂板與采空區(qū)間應(yīng)力傳遞路徑，并采用架棚、單體液壓支柱、擋矸支護(hù)等對(duì)留巷段圍巖變形進(jìn)行控制，并依據(jù)現(xiàn)場條件對(duì)切頂爆破方案以及留巷段圍巖支護(hù)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)。

（3）現(xiàn)場應(yīng)用表明，E1301回風(fēng)巷在支護(hù)完成23 d后變形即趨于穩(wěn)定，監(jiān)測期間頂板、巷幫變形量峰值分別為103 mm、242 mm，留巷段巷道變形量較小，可滿足后續(xù)使用需要。