综放工作面回风巷小煤柱沿空掘巷支护设计

韩海洋

（大同煤矿集团同发东周窑煤业有限公司，山西 大同 037000）

采煤工作面回采巷道留设小煤柱进行沿空掘巷后，巷道处于应力的降低区域，可以避免受到邻近工作面采动后的上覆岩层剧烈运动影响，巷道维护起来便捷、费用低，且提高煤炭回采率。进行留设煤柱的合理设计，选取稳定可靠的支护设计方案，才能够保证巷道掘进前后变形不大，安全稳定。

1 工程地质概况

同发东周窑煤矿8105综放工作面地面标高为1370～1427m，井下标高为868～891m，盖山厚度为470～540m。8105工作面开采石炭系太原组5#煤层，东北侧为5#煤层8103工作面采空区，8105工作面与8103工作面之间煤柱设计10m，西北侧为8102采空区及工作面之间保护煤柱，东南侧与西南侧均为实煤区。如图1所示。

5#煤层总厚度5.0～6.38m，平均5.7m，煤层结构复杂，煤层倾角0°～10°，平均5°。根据工作面周边地质钻孔柱状图和5103回风巷揭露综合分析，5#煤层含夹矸1～4层，最大为0.35m，最小为0.05m。煤层顶底板情况为：基本顶为含砾粗砂岩，厚度1.4～10.4m，平均5.23m，泥质胶结疏松；直接顶为含砾粗砂岩，厚度2.42～10.38m，平均6.37m，泥质胶结，具斜层理，含砾石及大量的暗色矿物和煤屑；直接底为泥岩，厚度0.1～1.25m，平均0.4m，分布不均匀；基本底为细砂岩，厚度0.7～3.55m。

图1 8105工作面巷道布置

根据已经回采结束的8103工作面回风巷掘进揭露情况可知，煤层赋存不稳定，区域内构造及裂隙较发育。预计5105回风巷掘进至115～187m范围，由于靠近陷落柱，受其影响煤岩层完整性受到破坏，陷落柱附近小型断裂可能发育。掘进至165m处将揭露断层，预计影响工作面60m，断层带附近及煤岩层的向背斜轴部围岩裂隙较发育。工作面掘进至上述区域范围时应加强支护。

2 回风巷支护方案设计分析

2.1 5105回风巷原支护方案

东周窑煤矿原计划不采用小煤柱掘进5105回风巷，根据原设计方案，5105回风巷采用“锚索+锚杆+W钢带+经纬网”联合支护。采用眼距为920mm的6眼W钢带，锚杆每排6根，锚杆Ф22×2200mm，排间距为900×920mm。锚索布置方式为三二三布置，顶部锚索Ф21.8×7300mm，排距为1800mm，顶锚索、锚杆均垂直巷道顶板布置。如图2所示。

帮部支护形式：采用“锚杆+菱形网+W型钢护板”联合支护，两帮各布置4根帮锚杆，最上一排帮锚杆距巷道顶板900mm且向上倾斜65°布置，最下一排帮锚杆距巷道底板800mm且向下倾斜15°布置，其余锚杆垂直巷道两帮布置，锚杆Ф22×2400mm，间排距900×900mm。

图2 5105工作面回风巷道原支护设计示意图

2.2 5105回风巷锚杆支护优化后设计方案

考虑到矿井的生产所需和巷道的围岩变形预留部分，设计的5105回风巷道的断面尺寸：掘进断面宽为5m，掘进高度为3.8m，掘进断面面积19m2。通过现场的调研、分析，确定5105回风巷设计采用高预应力全锚索组合支护系统。

2.2.1 5105回风巷正常地段锚杆支护设计

该方案适用于5105回风巷掘进过程中巷道围岩正常地段，即巷道掘进后顶板和两帮较完整、巷道成型较好、使用W钢带能够顺利接顶情况下。

（1）顶板支护。顶部锚索形式、规格：锚索的材料为直径21.8mm、1×19股的高强低松弛预应力钢绞线，长度分别是7200mm、5200mm，钻头的直径是30mm。锚固的方式：树脂加长进行锚固，用两种树脂锚固剂，一种规格为MSCK2360，一种规格为Z2360，每种各一支，锚固的长度是1494mm。组合构件：W钢带护顶，宽280mm，厚4mm，钢带长4700mm。异形锚索托板：规格不低于280×270×14mm的高强度可调心形W型锚索托板和对应的锁具，高度≥50mm，承载力≥582kN。锚角：都垂直顶板布置。网片规格：巷道铺设6#钢筋网，网孔100×100mm，网片2500×1000mm，两网片之间搭接100mm，用16#的铅丝进行联接，双丝双扣的孔与孔相连，扣的数量不得少于3个。锚索布置：顶板钢带各个排要布置5根短锚索，长度是5.2m，锚索的间距是1100mm，排距是900mm。每一排对应钢带之间布置2根长的锚索，长度是7.2m，锚索的间距是2.2m，排距是900mm。锚索预紧力：锚索初始张拉≥300kN。

（2）巷帮支护。帮部锚索形式、规格：锚索为直径17.8mm、1×7股高强度低松弛预应力钢绞线，长度是4200mm，钻头的直径是28mm。锚固的方式：树脂加长进行锚固，用一种树脂锚固剂，规格是MSZ2360，数量2，锚固的长度1359mm。锚索托板：规格是300×300×14mm的高强度可调心托板和对应的锁具，高度≥60mm，承载力≥355kN。锚索的角度：都垂直巷帮进行布置。帮网片的规格：巷道铺设双层的菱形网片，材料是12#的铁丝，网孔是50×50mm，网片是3600×1000mm，网片间重叠为100mm，使用16#铅丝进行联接，双丝双扣的孔与孔进行相连，扣的数量不得少于3个。帮部锚索布置：两帮各布置4根帮锚索，间距950mm，排距900mm。锚索预紧力：锚索初始张拉≥200kN。正常地段5105回风巷锚杆锚索支护布置如图3所示。

2.2.2 5105回风巷特殊地段的处理方案及措施

由于存在8103工作面调车硐室，所以5105回风巷在掘进至该地段范围时煤柱尺寸变小，巷道稳定性变差，属特殊地段。当5105回风巷掘进至该地段前后10m范围需要加强支护，将巷道排距由原900mm调整为800mm，其余的参数保持不变化。

2.2.3 5105回风巷其余情况的处置方案与措施

在掘进的过程中，严格控制巷道的形成尺寸。当巷道超出宽度大于500mm时，采用补打一根长度5200mm的单体锚索进行支护加强，配单体锚索托板。当巷道超出宽度大于1000mm时，再增加一根长锚索，长度是7200mm。巷道高度超出大于500mm，补加帮锚索一根，长度是4200mm。当遇到顶板破碎、顶板淋水等情况时，应及时补加锚索，减小锚索、锚杆的间距，加强支护。在面对地质条件变化较大或是大型地质结构时，调整支护方案，加强支护设计。

图3 正常地段5105回风巷道支护初始设计示意图

3 结论

（1）通过对5105回风巷道支护设计进行优化，5105回风巷设计采用高预应力全锚索组合支护系统，从而解决了5105回风巷道10m小煤柱沿空掘巷动压巷道支护难题。

（2）沿空掘巷过程中不同地段地质构造条件有所不同，通过对支护方案进行有针对性的调整，从而可起到加强巷道支护的作用，可确保全巷道的安全、稳定。

（3）实践表明，通过支护设计分析并优化，起到了加强支护强度的作用，确保了5105回风巷道10m小煤柱沿空掘巷掘进期间和该工作面开采过程中全巷道的安全、稳定。