松软煤层孤岛采煤工作面回采巷道超前支护技术的研究

王培政

（山西焦煤汾西矿业南关煤业，山西 灵石 031304）

引言

随着采深增加，回采巷道支护受到围岩应力影响较为明显。特别是开采松软煤层的孤岛工作面回采时，由于采面三面均为采空区，围岩应力相对集中，巷道容易出现较大变形，从而给煤炭的运输、采面正常通风等带来影响[1-2]。现阶段常用的回采巷道超前支护方法有单体+工字钢组成的抬棚支护、锚网索注浆加固、U型钢组合梁等方式，但是由于孤岛工作面围岩应力集中以及围岩松软等，导致回采巷道超前支护段围岩控制困难。因此，如何降低采动动压影响，并针对性进行回采巷道超前支护成为孤岛工作面煤炭回采时需要重点解决的问题[3-4]。为此，文中依据以往研究成果，提出采用超前支架支护方式来控制回采巷道变形，为松软煤层孤岛工作面回采创造了良好条件。

1 工程概况

山西某矿35011 综采工作面为3 采区最后一工作面，采面除去北侧为采区集中运输、轨道巷外，其余三个方向均为采空区。35011 综采工作面设计推进长度为1 200 m，斜长为158 m，开采的5 号煤层厚度平均3.5 m，倾角15°，煤层硬度0.4～0.7，煤层赋存稳定，构造不发育。5 号煤层直接顶、直接底均为泥岩、砂质泥岩，平均厚度分别为1.5 m、1.7 m，泥岩以及砂质泥岩抗压强度均在30 MPa 以内，为软岩岩层。基本顶以及基本底均为粉砂岩，较为坚硬。

35011 巷道沿着煤层底板掘进，断面为梯形，采用工字钢+锚杆（索）+锚网联合支护技术，具体支护断面见图1 所示。巷道支护用的工字钢顶梁长度为4.4 m，上、下帮腿长度分别为4.0 m、2.9 m。以往回采巷道超前采面20 m 采用单体进行加强支护，但是受到煤层以及顶底板岩层松软影响，回采巷道超前加固段围岩变形较为明显，给巷道正常使用带来影响。

图1 回采巷道支护示意图（单位：mm）

2 超前支架支护技术的应用

超前支护采用的超前支架型号为ZQL2×5000/21/40，一组两架，支撑高度在2.1～4.0 m，中心距在3.1 m，移架步距为1.7 m。支架工作阻力、初撑力分别为40.6 MPa、31.5 MPa，对地比压为2.2 MPa。

35011 回采巷道超前支护采用液压支架配合单体（穿柱鞋）、铰接梁进行支护，沿着巷道走向方向布置2 排，长度均为70 m。其中在采面前方30 m 范围内采用4 组型号ZQL2×5000/21/40 液压支架进行支护，具体超前支架布置见下页图2。

图2 超前支架布置示意图（单位：mm）

由于超前支架规格占用面积相对较大，为了便于移架，在采面前方35～40 m（即超前支架前方5 m以外）对巷道断面进行刷扩，并对刷扩后的巷道进行套棚支护。巷道刷扩宽度为1 000 mm，套棚采用的工字钢梁长为2 000 mm，并与原有的工字钢间搭接1 000 mm。刷扩有的巷道顶梁均匀布置有3 根支撑，下帮采用长度2.7 m的工字钢作为棚腿。在刷扩处距离下帮600 mm 位置布置一道锚索托梁，锚索规格为Φ21.6 mm×8 000 mm 钢绞线，间排距均为1 400 mm。

3 超前支护效果分析

3.1 技术效果分析

采用超前支架对回采巷道进行超前支护后，巷道支护强度较原采用的单体支护方式提升1.75 倍以上，巷道断面收缩率降幅达到80%以上，有效降低了巷道后续修整工作量，同时作业人员劳动强度也明显降低。35011 工作面原采用巷道修复人员由以往的34 人降低至20 人，有效解决了孤岛工作面回采巷道超前支护面临的动压显著影响问题。采用的超前支架移架较为方便[5-6]，每次移架在1 h 内即可完成移架，同时通过超前支架与采面端头支架相互配合，无需采用托棚单体支护方式即可实现对采面两侧端头支护，提高了采面端头位置煤炭回收率。

3.2 围岩控制效果

在35011 工作面回采巷道采取原超前支护方式时，受到巷道围岩应力集中以及巷道围岩强度较低影响，回采巷道巷帮以及底板变形严重，部分区域巷帮棚腿出现脱口变形，严重影响回采巷道正常的通风、行人以及运输工作。在35011 工作面回采巷道采用ZQL2×5000/21/40 支架支护后，回采巷道断面得以明显控制，取得较为显著的巷道支护效果，具体超前支架使用前后巷道围岩变形以及煤炭回采统计结果见表1。

表1 超前支架使用前后巷道围岩变形以及煤炭回采统计结果

从表1 看出，采面回采巷道采用超前支架支架支护后，巷道巷帮、底板变形量得以有效控制，巷道最大底鼓量由使用前的680 mm 降低至102 mm，降幅达到85%；巷帮变形量由使用前的1 650 mm 降低至230 mm，降幅达到86.1%，取得较为明显的围岩控制效果。同时由于回采巷道围岩变形得以明显控制，采面月推进进尺也由60 m 提升至80 m，煤炭产量增加至8.0 万t/月，实现了煤炭高效生产。

4 结论

提出将超前支护支架（ZQL2×5000/21/40）应用到回采巷道超前支护中，从而强化采面前方30 m 范围的支护强度。现场应用后，采面回采巷道超前支护段变形量较应用前显著降低，巷帮、底板变形量分别控制在230 mm、102 mm 以内，采面煤炭产量由5.2 万t/月提升至8.0 万t/月，取得了较好的应用效果。