三软煤层回采巷道支护技术研究

王宝童

(山西晋城兴唐煤业有限公司，山西 晋城 048000)

近年来，随着煤矿开采深度的增加，“三软”煤层巷道越来越多[1]，“三软”巷道具有呈非对称分布且顶底板强度低[2]、煤层松软易垮的特性，表现为顶板、两帮移近量大，变形速度快，煤柱体支离破碎等，给巷道的支护带来了极大困难[3]。基于此，本文以古书院煤矿153305工作面回风巷为背景，在分析巷道变形破坏特征的基础上，提出了架棚和注浆联合支护方案来控制顶板的下沉量以及两帮移近量[4]，实践证明，架棚和注浆联合支护能够有效控制围岩的变形与破坏，保障回采工作的正常进行[5]。

1 工程概况

1533052巷为古书院煤矿153305工作面的回风巷。所采15号煤层平均厚度1.9 m，倾角2～7°，平均埋深为400 m。巷道断面为矩形，巷道净宽5 m、净高3.2 m，垂直应力和最大水平应力分别为10 MPa和14 MPa。本巷道位于1533042巷(已掘)以西，15号煤三盘区胶带巷、轨道巷、回风巷(已掘)以北，兰鑫煤矿西翼进风立井以南，工作面上方为9号实体煤。煤层顶、底板情况如表1所示。

表1 煤层顶底板

由于153305工作面顶、底板质软，节理裂隙发育，破碎严重，给工作面的回采带来巨大困难，严重威胁工作面的作业安全。因此，提出采用架棚和注浆联合支护方案解决采场围岩控制问题。

2 巷道围岩变形破坏特征与分析

153305工作面的煤质松软，顶板为泥岩，节理裂隙发育，底板为砂质泥岩，强度低，属于三软煤层。三软煤层巷道具有如下破坏特征。

1) 巷道变形快，变形总量大，持续时间长。三软煤层刚开始掘进时，巷道变形速率快，变形持续时间一般为1～2月，有的超过6个月仍不能稳定。巷道施工两个月后，顶、底板移近量达到1 000 mm以上，巷道需要返修。

2) 原支护方案下的巷道变形严重。根据图1可知，巷道两帮移近量超过1.2 m；巷道底鼓现象明显，巷道四周收敛量大。

3) 巷道工作面标高400 m，地应力和构造应力对其不明显。

4) 初期变形总量大。巷道开挖后，来压迅速，卸载载荷速度快，导致巷道初期变形速率和初期变形总量大。根据监测资料得巷道初期平均变形速率达35 mm/d，初期变形总量占总变形量的65%。

图1 巷道变形破坏特征

3 支护参数优化

3.1 原支护方式

1533052回风巷原来采用锚杆锚索联合支护，如图2所示。支护参数如下：顶板采用直径22 mm、长2.6 m的左旋无纵筋螺纹钢锚杆，间排距为0.8 m×0.8 m，预紧力大于50 kN；同时布置两根长6.8 m、直径17.8 mm，间排距为2 m×1.6 m，预紧力大于100 kN的高强度高延伸率的预应力钢绞线锚索。煤柱帮锚杆规格和参数同顶板，回采帮采用玻璃钢锚杆。每根锚杆配1卷树脂锚固剂，每根锚索配2卷树脂锚固剂。顶、底板交界处锚杆倾斜15°打设。顶板铺设规格为2 m×1 m，网格为0.1 m×0.1 m的钢筋网片，网片之间搭接长度不小于0.2 m，两帮采用阻燃塑料网片，搭接长度不小于0.2 m。支护示意如图2所示。

图2 锚杆锚索联合支护(mm)

3.2 优化支护方式

针对原有支护方式无法保证巷道围岩的稳定性，将矩形断面改为梯形断面，同时采用架棚和注浆支护。支护方案示意如图3所示。具体参数如下：选用11号矿用工字钢、顶梁和棚腿长度分别为4.8 m、3.38 m，相邻两棚之间间距为0.6 m，在距腿底1.5 m处，采用直径为20 mm的圆钢拉杆连锁加固；顶部和两帮用木质背板背紧；巷道顶部和煤柱帮采用网格为50 mm×50 mm的10号菱形铁丝网护表；回采帮采用尼龙网。支护示意如图3所示。

图3 工字钢支护方案示意(mm)

在采用架棚支护的基础上，针对围岩破碎区域进行注浆。注浆方案如图4所示。在巷道顶板布置三个注浆孔，沿走向方向相邻两孔之间的间距为1.2 m，钻孔直径为42 mm，钻孔深度根据巷道围岩破碎情况确定，注浆压力选用3 MPa。注浆时，应密切关注注浆压力，当出现大面积浆液流出时，应换孔注浆或停止注浆。

图4 注浆孔布置

4 支护效果观测

巷道表面位移量观测是判断巷道稳定性的重要参数。首测点在支护完成后及时布置，以后每隔50 m设置一个测站，共布置四个测站。对架棚和注浆联合支护后顶板和两帮的移近量随时间的变化进行观测，记录数据并求其平均值，并和原支护方案进行对比，结果如图5所示。

图5 两种方案巷道围岩收敛变形对比

由图5可知，采用架棚和注浆联合支护后，巷道顶底板移近量和两帮移近量得到有效控制。刚开始时位移量较大，随着时间的推移，慢慢趋于稳定。最终两帮移近量稳定在约270 mm，顶底板移近量稳定在约250 mm。相比较于原方案，顶底板移近量减少了约75%，两帮移近量减少了约80%。围岩控制效果良好，保证了开采工作的正常进行。

5 结 语

1) 三软煤层巷道围岩具有强流变性和膨胀变形的特征，通过架棚支护和注浆联合支护可以有效强化三软煤层巷道围岩的稳定。

2) 古书院矿153305工作面的实践证明，采用架棚和注浆联合支护方案能够有效控制顶板以及两帮的变形与破坏，支护效果良好。