煤矿工作面回采巷道支护设计

石嘉磐

(同煤集团临汾宏大雪坪煤业有限公司，山西 临汾 041000)

引 言

据统计表明，我国每年煤炭产量和消耗量在全球范围内均处于前列。煤炭作为我国国民经济发展的主要能源之一，对我国经济的高速发展至关重要。而且，目前缺乏能够替代煤炭角色新型能源，在未来很长的时间内经济发展和社会需求均离不开煤炭资源[1]。因此，保证煤炭生产的效率和产量是决定经济高速发展的关键指标。

影响煤炭产量及生产效率的因素众多，主要包括煤炭综采工作面大型机电设备的自动化程度、综采工作面的支护效果以及采煤技术等。就综采工作面的支护而言，锚杆支护技术较其他支护技术已经处于领先地位，而且锚杆支护技术是将来综采工作面支护的发展方向。合理的支护设计是煤矿安全生产的前提，不仅能够提高煤炭产量，而且还能够保证作业人员的安全。支护设计的合理性和可行性一方面取决于支护理论的先进性，另一方面与工作面围岩、煤层以及工作面地质、水文条件相关。本文以应用最广泛的锚杆支护技术为研究对象，对我矿回采巷道进行支护设计。

1 综采工作面情况概述

本文所研究综采工作面南北方向长度为9 km，东西跨度长度为7 km，工作面合计面积为59.2 km2。该工作面为地瓦斯矿井。该工作面地标物质类型为第四系松散沉积物，所处地形相对复杂，纵横交错复杂，海拔处于1 050 m左右，且高度落差达328.3 m。

1.1 回采巷道煤层情况分析

该回采巷道煤层节理发育，结构复杂；8#煤上分层厚度0.55 m～1.0 m，平均0.60 m；煤层上部夹石为0.10 m～4.3 m，平均2.5 m左右页岩。下分层煤层厚度2.40 m～3.50 m，平均2.95 m，下部夹0.2 m左右的页岩或炭质页岩，厚度变化不大，属单一稳定的中厚煤层。工作面所采煤层经鉴定属于有煤尘爆炸性，爆炸性指数为15.38%，自燃倾向性为Ⅱ级，属自燃煤层。

1.2 回采巷道水文地质条件分析

1.2.1 回采巷道地质构造

褶曲：工作面中东部整体为一单斜构造，东高西低，局部地段发育有小型背向斜构造，煤岩层倾角3°～7°，工作面西部整体呈一盆状构造，煤岩层倾角3°～10°，相对低点位于工作面巷道开口前3 373 m处。

断层：据周边8#煤资料及上覆2#煤巷揭露资料推测，该巷掘进中开口前218 m遇正断层F8624(h=1.5 m)，对掘进有一定影响，预计掘进中还将有断层出现。

1.2.2 地表水文地质条件分析

工作面上覆含水层为石炭系统含水层组，石灰岩局部富含裂隙水，掘进中遇地质构造、陷落柱及顶板破碎带时会有淋水出现，局部淋水较大，对掘进有一定影响。

2 回采巷道支护分析

在对该回采巷道煤层特征、直接顶、底板特征、地质条件以及水文条件分析的基础上，特拟定回采巷道顺槽支护的思路。

1) 由于该回采巷道的直接顶主要由泥岩组成，无法为锚杆固定提供着力层，导致对回采共走面顶板的支护相对困难[3]。因此，针对直接顶的支护仅采用锚杆、锚索的联合支护效果较差，选用强度、韧性较高的加强梁、网进行支护，以确保其适应巷道围岩变形较大的情况。

2) 在支护中应充分发挥锚杆、锚索联合支护方案对顺槽围岩的控制作用。为在支护过程中抑制巷道围岩的变形所产生的位移，应采用主动安装锚索的方式，并根据回采巷道的特征对锚杆和锚索的参数进行调整，最终尽可能地提升顺槽围岩的整体性和稳定性。

3) 支护方案的前提是对顶板冒落高度、巷道围岩松动范围进行充分的理论计算，将顺槽围岩的变形量保持在可控范围之内，以保证最终巷道支护方案为最优。此外，为防止巷道围岩发生大面积冒顶、片帮现象，在支护方案中加入喷浆的措施，以达到对巷道围岩的封闭和稳固。

3 工作面回采巷道支护方案设计

经对该工作面煤层、水文、地质以及顶底板情况研究的基础上，为确保工作面巷道的安全生产，采用基础支护+强化支护的支护方案。其中，基础巷道支护所采用的支护形式为锚杆+梁+锚索；强化支护是在基于基础支护后对其中的核心部件锚索进行加固。除此之外，为了进一步提升综采工作面顶板的稳定性，拟采用喷浆封闭的方案实现。

3.1 基础支护方案

结合工作面巷道现场实际情况，采用锚杆+梁+锚固的基础支护方式对其巷道进行预加固。经计算可知，现场共需布置14锚杆，且不同类型的锚杆所设计的锚杆参数也不同。其中，顶板锚杆的直径为18 mm，长度为2 400 mm；而两帮锚杆的直径为16 mm，长度为2 000 mm。此外，还需为基础支护方案中配置相应的支护附件(H型钢带、钢筋网等)提升基础锚杆支护的支护效果。

与基础支护方案相关的各附件及其规格参数如表1所示。

根据工作面巷道的水文、地质以及煤层的情况，将锚杆支护中各锚杆之间的间距设定为1 000 mm，同时将锚杆的端头采用相应的锚固方式对其进行加固。除此之外，锚杆还需采用树脂药卷对其进行加固，并根据不同锚杆类型选用不同种类的树脂药卷已达到最佳的加固效果。

表1 锚杆支护附件参数统计表

3.2 锚索加强支护方案

为确保回采巷道支护效果能够满足实际生产的需求，对基础支护方案中的锚索进行加固。锚索强化后的顶部及两帮的支护平面如图1、图2所示。

图1 巷道顶部支护平面图

图2 巷道两帮支护平面图

如图1、图2所示，针对锚杆+H型钢带+网的基础加固方案中对锚索进行强化加固，加固后锚索的间距为3 m，即每三排锚杆布置一排锚索。为了确保实际生产锚索及锚杆不易脱落，将锚索采用CK2350和2根Z2350树脂药卷对锚索进行过强化固定[4]。

基于长期应用经验的积累，本方案中所采用锚索的类型为钢绞线锚索，该锚索的相关参数如第66页表2所示。

4 结语

综采工作面的安全系数直接决定该工作面的产煤效率及作业人员的人身安全。在实际生产中，应严格按照煤矿所处地质、水文及煤层特点制定具体详细的支护方案。同时还应结合实际生产中的经验并结合理论分析的手段对支护环节中的某个关键点进行加固，以提升综采工作面的生产的安全性，为提升综采工作面的采煤效率奠定扎实的基础。

表2 锚索相关参数