构造残余应力区巷道支护优化

王 强

（山西长平煤业有限责任公司 山西 晋城 048000）

5303底抽巷沿K7底界面作为巷道顶板掘进，距3号煤底板平均厚度约为10 m，北部为五盘区大巷（正在布置），南部为5308工作面（尚未布置），东部为5302工作面（正在布置），西部为5304工作面（尚未布置）。

5303底抽巷设计长度为1 882 m，断面规格为宽×高=4.2 m×4.0 m，巷道以K7底界面为顶板进行掘进，施工过程中严格以地测部现场标定中线施工。预计巷道坡度为0°~10°，以激光中线控制水平掘进方向，掘进期间在每300~360 m左右的低洼处施工一个水仓。

5303底抽巷采用综合机械化掘进工艺，截至2019年4月巷道已掘进820 m。通过现场观察发现，巷道掘进至800 m处时巷道顶板出现局部破碎，位于巷道进向左侧肩角的煤柱预留难度大且巷帮出现收缩现象，当巷道掘进至820 m处时顶板大面积破碎且局部肩角煤柱出现垮落现象。通过钻探发现位于巷道西部45 m处存在一条F7大断层，断层走向与巷道走向平行，断层对巷道影响长度预计为51 m，为了保证巷道安全且快速过断层应力区，分析了原支护主要存在的问题，并对原支护进行了优化。

1 5303底抽巷原支护设计存在的问题

1.1 原支护设计

1.1.1 顶板支护

5303底抽巷最初对顶板的支护设计采用联合支护的方式，主要包含锚索、钢带、锚杆及金属网等配件。顶板使用的锚杆为左旋螺纹钢锚杆，锚杆的长度与直径分别为2.5 m、22 mm，施工人员在顶板的每排安装5根锚杆，相邻锚杆的距离为0.9 m，两排锚杆的距离为1.0 m，巷道顶板使用的钢带与锚杆相互配合安装，钢带的长宽分别为4.2 m、150 mm。根据巷道的规格锚索采用预应力钢绞线，钢绞线的长度设计为5.3 m，施工人员在顶板的每排安装2根，相邻钢绞线的距离为3.0 m，两排钢绞线的距离为3 m，使用的棱形金属网长宽分别为4.5 m、1.2 m，金属网网格大小为50 mm。相邻金属网之间要进行搭接，搭接距离不得低于0.2 m。

1.1.2 护帮支护

5303底抽巷原支护设计时采用单锚杆支护，主要配件有钢带、锚杆及金属网。护帮使用的锚杆为左旋螺纹钢锚杆，锚杆的长度与直径分别为2.0 m、22 mm，由4根锚杆组成一排，相邻锚杆的距离为0.9 m，两排相邻锚杆的距离为1.0 m，在顶板下方0.5 m处的位置施工第一根锚杆，使用的钢带与锚杆相互配合安装，钢带的长宽分别为0.45 m、0.28 m。

1.2 原支护方式存在的弊端

1）根据地质资料显示，5303底抽巷顶板煤质为碳质泥岩，这种煤质易导致岩石层与煤层间无法稳定地胶结在一起，因此在工作面通过巷道构造应力区时在顶板的位置施工了一排离层钻，但是通过离层钻发现巷道在断层处的顶板离层现象比较严重。由于巷道设计之初使用的锚杆长仅为2.5 m，此时锚杆的锚固段恰好处于煤层中，锚杆无法对顶板起到较好的悬吊作用，支护效果差。

2）巷道在通过构造应力区时，断层附近的三角煤柱出现了较严重的下沉，尤其是断层侧顶板与煤壁中间的顶板漏顶现象严重，而原设计未对该处的顶板进行合理有效支护，使得工作面在进入此区域后无法对该处的顶板进行有效支护，阻碍了工作面的正常推进。

3）巷道在通过构造应力区时，断层附近的侧巷帮也出现了破碎区域，甚至出现煤壁大面积片帮现象，最大片帮的长度达到1.0 m，严重威胁到施工人员的生命安全，而原设计未对该处的护帮进行合理有效支护。

2 构造应力区巷道围岩支护优化

2.1 巷道顶板支护优化

1）当掘进工作面推进至断层区域时，采用长度为4.0 m的锚索代替原来的锚杆，采用2支MSC23/60型、1支MSCK23/35型的锚固剂进行锚固，确保锚索的锚固端位于顶板岩石层内，增加锚索对顶板的悬吊效果。相邻锚索的距离为0.9 m，两排相邻锚索的距离为1.0 m，同一排锚索外露端安装一根长度为3.2 m的“JW”型钢带。

2）优化后的顶板锚索采用长度为8.3 m、直径为21.8 mm的预应力钢绞线，每排安装3根锚索，相邻锚索的距离为1.8 m，两排相邻锚索的距离为2.0 m，使用的棱形金属网长宽分别为6 m、1.2 m。断层区域破碎严重的侧巷帮可以根据破碎情况将金属网延伸。

2.2 巷道三角煤柱支护优化

为了提高巷道三角煤柱稳定性，决定对巷道肩角处安装“L”型钢带及角锚索。

1）“L”型钢带长短边的长度分别为2.0 m、1.5 m，并在长短边施工两个圆孔，孔径设计为25 mm，在巷道的顶板位置安装短边，并在巷道断层区域的侧巷帮安装长边，之后再使用锚杆对钢带进行固定。

2）角锚索主要施工在顶板与巷帮的夹角位置，根据巷道破碎情况，至少采用长度4.0 m的角锚索才能起到较好的悬吊作用，相邻角锚索的距离为1.0 m，待角锚索安装完毕后采用长为0.6 m的钢梁对角锚索进行预紧。

2.3 巷帮支护优化

为了降低应力区侧巷帮的收缩量，决定对应力区侧巷帮安装T型钢棚，以避免巷帮出现片帮现象。

1）为了确保巷道在掘进时破碎区域的侧巷帮不发生大面积片帮，施工人员需在该区域安装若干架“T”钢棚，相邻钢棚的距离为1.0 m，并将顶梁架设在相邻两架钢棚之间。

2）在钢棚安装完毕后，为了确保钢棚能对巷帮提供有效支护，施工人员还需在钢棚与巷帮加装水泥背板。水泥背板的长宽分别是1.2 m、0.3 m，填充的水泥背板要与煤壁紧密贴实，支护优化断面如图1所示。

图1 5303底抽巷构造残余应力区围岩支护优化断面示意图（未标单位：mm）

3 结论

截至2019年4月22日5303巷已掘进870 m，巷道完全过F7断层残余应力区，通过对残余应力区巷道围岩支护进行优化，取得了显著应用成效。

1）对应力区巷道顶板的传统锚杆支护进行优化为锚索支护后，巷道在后期掘进过程中有效避免了顶板破碎现象的发生，顶板未出现冒落，防止了应力区出现巷道顶板支护失效的现象。

2）对巷道肩角煤柱安装L型钢带后加强了肩角煤柱的支护强度，提高了肩角煤柱整体稳定性，有效防止了因应力剪切破坏所导致的肩角煤柱垮落现象。

3）对巷帮煤柱安装T型钢棚后有效控制了巷帮受残余应力水平拉伸的破坏作用，防止了应力区围岩松动圈扩大以及巷帮收缩。通过后期巷道掘进期间观察发现，巷帮安装T型钢棚后巷帮收缩量由原来的0.44 m降低为0.12 m。