3706综采面过空巷支护设计研究分析

张燕飞

（山西阳城阳泰集团义城煤业，山西 晋城 048000）

随着矿井开采深度不断地延伸，大采高、高应力的矿井逐渐增多，矿井空巷支护问题成为了一项巨大的技术难题[1-3]。当综采工作面与空巷联通以后，控顶距显著增大，巷道顶板变形量、底鼓量也明显增大，给综采面带来不利影响。

义城煤矿原来的空巷支护，传统工艺多采用木垛支护[4-5]，但由于木垛支护阻力较小，且增阻速度极慢，可缩变形量大，不能有效支护空巷顶板，易出现冒顶等问题。因此，针对义城煤矿过空巷传统支护工艺的不足，提出支护改进方案。

1 工程概况

1.1 地质条件

义城煤矿隶属山西阳城阳泰煤业集团，该矿井井田位于阳城县北町店镇，井田面积8.1493km2，设计生产能力为90万t/a，矿井总服务年限27.3a。目前义城煤矿3706综采回采工作面为主采工作面，此工作面布置了运输顺槽和回风顺槽两条巷道。3706工作面长160m，采高为2.8m，可采长度890m，采用走向长壁综合机械化采煤方法，顶板采用全部垮落法，循环进度0.6m。综合地质柱状图如图1所示。

1.2 空巷情况

3706综采工作面内存在原小煤窑开采空巷共22条，所有空巷分布不均匀，无规则，且长短不一，空巷均沿煤层底板布置，留设1.8～2.0m厚煤层，空巷内原断面宽度和高度均为4m，为矩形巷道断面，断面面积为S=16m2。

当回采工作面回采至415m处时，在200m处有7条与工作面巷道平行的空巷，与工作面有一定倾角，还有长短不一的垂直空巷共5条，与进回风顺槽有一定夹角。

空巷原采用木垛支护，部分巷道出现顶板冒落、片帮及底鼓等变形。

图1 地质条件柱状图

2 支护设计

2.1 临时支护

（1）采用前探梁配合背板进行临时超前支护，每根前探梁均采用长度为3.0m的Φ76mm金属钢管制作而成，且间距不大于1.0m，其最大控顶距离为1.2m，并用专门的树脂锚杆和16#圆钢吊环固定。使用2块以上树脂锚固剂，从而达到锚固力不小于80kN/根；

（2）在打眼放炮以后，工作面作业点的前方煤壁上必须支设三组以上木锚杆，控制前方煤壁，木锚杆要求布设间距为1根/m2；

（3）使用长柄工具将巷道顶部浮矸活石筛选干净，然后连接铁丝网，确认顶板安全后，向前移动前探梁。在前探梁上方放置背板，并在背板上铺设铁丝网，用背板和木刹将巷道顶板与前探梁紧密地连接在一起；

（4）前探梁、吊环每向前移动一次，都要检查结构牢固情况和损坏程度，如果发现存在损坏问题的前探梁，要及时更换相应部件；

（5）在空巷内作业时，最大空顶距1.2m，最小空顶距为0.3m。

2.2 永久支护

根据巷道顶板现状，支护设计采用树脂加长锚固组合锚杆支护、锚索补强，两帮采用木锚杆配合相应的木托盘进行支护。

（1）顶板支护

① 锚杆的形式和规格：选用长2000mm的MSGLW-335/2000型无纵肋螺纹钢树脂锚杆，根据以往资料可知其极限抗拉强度为79kN，屈服强度可达335MPa，延伸率大于17%，此锚杆采用滚压加工工艺压制成型；② 应用螺纹结构与锚杆杆体相同的拱形高强度不锈钢托板，其规格为130×130×10mm；③ 钢筋梯规格：选用长3800mm、宽80mm直径为Φ12mm的钢筋来制作钢筋梯，要求每根钢筋梯的限位孔间距900mm；④采用12#铁丝编制成规格为1200×6000mm的金属网护顶，网孔均为50×50mm的菱形网；⑤ 锚固方式及预紧力：采用树脂锚固方法，且顶板每根锚杆均选用2卷型号为2350的树脂锚固剂进行锚固，其中一卷为快速锚固，另一卷为中速锚固，锚固长度为0.9m，锚杆安装的预紧力矩要求大于120N·m；⑥ 锚杆布置：每排锚杆布设有5根锚杆，布设间排距、锚间距均为900mm，当巷道断面宽度大于4m时，巷道内锚杆间排距不得大于900mm，且保证在整个断面内布满锚杆；⑦ 靠近巷帮的顶板锚杆安设角度与水平线呈60°，其余的锚杆均垂直于顶板安设；⑧ 在巷道顶板每隔2.7m安设一排“三花眼”进行布置规格Φ15.24×8000mm的锚索，如巷道断面宽度大于4m时，巷道内锚索改为“五花眼”布置方式。顶板具体支护方案设计如下图2所示。

（2）巷帮支护

① 锚杆的形式和规格：巷帮采用长度为2000mm的木锚杆与配套的木托盘进行搭配支护；② 木托盘规格：选用厚5～8cm、宽20～25cm、长50～60cm的木托盘进行紧固，此阶段内巷帮支护将不进行帮部钢筋梯支护；③ 锚杆布置：巷帮锚杆布设每排、每帮间距900mm的4根锚杆，锚杆距离顶、底板150mm；④ 锚杆角度：靠近顶、底板的巷帮锚杆要求与水平线呈30°安设，其余的锚杆均垂直巷帮。具体支护示意图如图3。

3 支护效果观测分析

现场对支护进行抗拉拔强度、锚固力监测，与未实施方案之前空巷巷道支护观测数据形成对比，绘制曲线图4、图5。

图4可以看出，改进后的巷道锚杆抗拉强度曲线随着观测时间的推移先呈平缓上升状态，抗拉拔强度逐渐增大，在观测第7d时曲线呈平稳状态，抗拉拔力数值基本不变，而后在第11d时，曲线呈线性上升趋势，此时的抗拉拔力显著线性增大，当至15d时，抗拉拔力达到了其极限峰值，此时的抗拉拔强度可达到79kN。原木垛抗拉强度变化曲线趋势大体与之相同，但在每个观测时间点对应的抗拉强度数值都远远小于改进后的锚杆测试数值，这说明了改进后的锚杆抗拉强度更大，可以有效地预防顶板冒落，更适合空巷支护。

图2 空巷巷道顶板支护示意图

图3 巷道帮部支护设计图

图4 抗拉强度对比曲线图

图5 锚杆锚固力对比曲线图

图5 同样可以观测出改进后的锚杆锚固力更大，可以更紧密地与空巷巷道围岩锚固在一起，有效地预防了顶板离层、冒落及底鼓等问题，改善了巷道支护情况，改进后的支护方案更适合空巷巷道的支护。

4 总结

（1）针对空巷存在的顶板离层、冒落及底鼓等问题，提出了支护改进方案，临时支护采用Φ76mm金属钢管制作前探梁，永久支护采用树脂加长锚固组合锚杆进行支护、锚索补强，两帮采用木锚杆配合相应的木托盘进行支护；

（2）通过现场数据观测，绘制了拉拔力、锚固力对比曲线图，对其进行分析。改进后的锚杆锚固力、抗拉拔强度都远远大于原巷道支护用木垛结构，有效地预防了顶板离层、冒落及底鼓等问题，改善了巷道支护情况，此类改进后的支护方案更适合空巷巷道的支护。