回采巷道围岩变形控制技术研究

＊李立恭

（山西焦煤汾西矿业香源煤业 山西 030500）

前言

随着煤矿井下开采深度的不断增加，矿山压力也随之越来越大，当巷道围岩所承受的压应力、剪应力大于围岩自身的强度，巷道围岩则会处于破裂状态，出现大量变形，给巷道支护带来较大困难，因此，巷道在矿压显现明显时，及时采取有效的补强支护措施，对于回采巷道而言是至关重要的。

1.工作面基本概况

3205综采工作面井下位于三采区北翼，东面为3203工作面（已采），北面为井田边界保安煤柱，南面为三采区开拓大巷煤柱，西面为3207运巷（停掘），上覆为3205保护层工作面（已采），工作面标高为675～738m。综采工作面对应地面位置：位于百草梁的西翼，东距百草梁400m，西距玉尖沟270m，北距关帝庙460m，南距马庄村800m，井田内沟谷纵横地形复杂，沟谷纵横地面部分地段被第四系黄土覆盖，除部分果树和农田外，无其它建筑物设施。地面标高为1316.7～1553.9m，盖山厚度为609.8～864.5m。3205综采工作面开采2#煤层，2#煤位于山西组上部，煤厚在0.5～2.2m之间，平均厚度1.8m，属中厚煤层，是井田较稳定地段，煤层结构简单，局部含一层夹矸，工作面稳定可采，黑色，属中灰、低中硫的瘦煤、焦煤，煤层倾角为4°～20°，平均倾角13°，工作面走向长1595m，倾斜长178m。工作面采用一次采全高走向长壁后退式综合机械化采煤法，全部垮落法处理采空区顶板如表1所示。

表1 工作面煤层顶底板情况说明表

老底 砂岩、砂质页岩 2.1灰黑色，中细粒砂岩，坚硬，普氏硬度8，抗压强度39.2MPa，水平层理

2.材、运巷超前支护及端头支护方式

(1)材、运两巷超前支护

①超前支护距离：两巷超前支护距离从工作面煤壁向外支护范围不得小于50m。

②两巷超前支护形式：材、运巷因巷道矿压显现，因此采用单体液压支柱配合3.2mπ型梁进行“一梁三柱”垂直巷道布置的补强支护措施，排距1.0m，两侧支柱距梁头0.1m且支设在管路内侧，中间单体液压支柱紧贴皮带架管布置；进入超前支护段后，必须对两巷所有支柱进行二次补液，确保支柱初撑力不小于11.4MPa，并加强超前支护段巷道矿压观测，如顶板矿压显现明显，顶梁弯曲变形量大于100mm时，及时将超前支护排距缩小为0.5m；运巷超前支护转载机侧，需根据现场实际情况中柱靠近转载机进行支设，同时保证人行道宽度不小于0.8m，当受皮带机尾、转载机影响未能构成“一梁三柱”支护地点，可使用“一梁二柱”进行支护，但同时需缩小排距为0.5m。

(2)材、运两巷端头支护

①材巷端头采用3.6m的π型梁配合单体液压支柱南北方向构成“一梁三柱”对梁迈步式及配合点柱进行支护。梁错距0.8m，异步梁中心距0.2m，支柱距梁头0.2m，中柱距后柱1.6m（现场受设备影响时，支柱间距可适当调整）。工作面安装时材巷端头支护段预留宽度为1.4m，靠近支架的对梁与支架间距不得超过0.5m。工作面安装完成及后期回采过程中，根据端头支护迈步梁距帮距离，针对不同宽度范围采取不同方式进行支护：迈步梁距东侧煤帮宽度W≤0.5m时，可不进行支护；当0.5m＜W≤1.2m时，沿巷道走向支设一排贴帮戴帽点柱，点柱距迈步梁0.7m，末端第一根支柱与迈步梁超前梁后柱对齐，柱距0.8m（顶板破碎时缩小柱距为0.4m），柱帽垂直巷道布置，柱帽选用规格为φ200/2×600mm棚板或长度为600mm的短π梁，点柱随工作面每推进循环支设；当1.2m＜W≤1.5m时，采用顺巷道方向增设一对迈步梁支护，迈步梁同步梁中心距0.75m，支护方式与原迈步梁支护方式相同。

②运巷端头支护方式为：随工作面推进向留巷内推移，原支护π型梁方向不变。

A.运巷端头支护π型梁梁头未能被1#支架顶梁挑住时，正常进行“一梁三柱”支设，当受设备影响，操作空间不足时，靠近支架侧单体支柱采用抬棚方式进行支护，对梁距离端头支护梁头0.2m处进行抬棚，每根抬棚梁端0.2m处支设一根支柱，中间支设一根支柱，构成“一梁三柱”；1#支架距原巷道支护π梁东侧梁头宽度W≤0.5m时，可不进行支护；当0.5m＜W≤1.2m时，沿巷道走向支设一排贴帮戴帽点柱，点柱距原巷道支护π梁东侧梁头0.7m，末端第一根支柱与支架切顶线对齐，柱距0.8m（顶板破碎时缩小柱距为0.4m），柱帽垂直巷道布置，柱帽选用规格为φ200/2×600mm棚板或长度为600mm的短π梁，点柱随工作面每推进循环支设；当1.2m＜W≤1.5m时，采用顺巷道方向增设一对迈步梁支护，迈步梁同步梁中心距0.75m，支护方式与机尾迈步梁支护方式相同，现场受设备等因素影响时，支柱间距可做适当调整。对梁采用3.6mπ型梁构成，两根梁中心距离为0.2m，迈步步距为0.8m，每推移一次机头进行一次迈步。

B.当运巷端头支护π型梁梁头位于支架顶梁上时，利用1#支架顶梁挑住π型梁梁头，采用“一梁二柱”支护。

③工作面回采过程中机尾支架缩回造成空顶时，空顶区域采用迈步梁进行支护，支护形式和端头支护相同，在迈步梁顶部顺工作面煤壁铺设金属网，金属网铺入端头第一个支架顶梁至少0.5m，与原巷道顶网搭接不小于0.3m。金属网的长短边搭接不小于0.2m，联网扣距不得大于0.2m。

④超前支护至端头段空顶支护。工作面推进过程中，当巷道端头支护与超前支护连接处的距离超过500mm时，需要采取加强支护措施，即支设带帽点柱，柱帽规格为1m的短π型梁或棚板，柱距1.5m，靠帮点柱距帮0.8m，π型梁顺工作面布置。

3.巷道矿压显现及补强支护措施

(1)矿压显现原因分析

①工作面埋藏较深，盖山厚度为609.8～864.5m，属于典型的深井高地压巷道，工作面地质构造变得复杂、自重应力增大。在深部地应力、构造应力及工作面回采扰动的作用下，呈现显著的高应力围岩大变形特征，在工作面回采过程中还伴随动力扰动型冲击破坏特征，如巷道围岩大变形、冲击矿压及其他异常矿压显现等，其中部分巷道顶、底、帮最大变形量分别达到1.5m、1.5m和0.8m，对矿井安全高效开采带来极大的困难。

②地应力测试。工作面最大主应力分别为17.11MPa、17.53MPa和12.01MPa，最大主应力的方向集中在NE92°～NW132°，倾角集中在0.5°～41°之间，最大主应力与水平面夹角较小，以水平应力场为主。

③工作面多采用“Y”型通风沿空留巷布置方式，3205材巷为上一个工作面3203工作面留巷。受掘进动压、回采超前动压扰动影响，沿空巷道要经受矿压分布，更严重的是要经受回采后侧矿压的又一次剧变动压影响，难以保证留巷围岩稳定性，局部巷道下沉量达1.5m，局部两帮收缩量达1.6m。而沿空留巷，极其困难，巷道反复维修量大，安全性差。

④受3205工作面采动及上部保护层采空区影响，现3205工作面材、运巷部分地段应力集中，矿压显现明显，出现顶板破碎、下沉、底鼓、锚杆（索）钢梁断裂、顶帮出现网包等现象，为加强两巷顶板安全管理，需对3205材、运巷进行补强支护。

(2)支护方案

①对于顶帮破碎形成网包区域进行抖包，对于局部顶板破碎区域或失效顶帮锚杆及锚索区域，根据现场顶板破碎情况采取支设带帽点柱或“单体支柱配合钢梁”架棚方式进行加强支护；②对两巷顶板破碎、下沉或离层量达100mm区域，先支设点柱全区域临时支护，然后按照由北向南、由严重到一般程度的顺序采用“单体支柱配合钢梁”架棚方式进行加强支护；③将运巷内翻滚、弯曲严重及失去支护效果的U型棚更换为“单体支柱配合钢梁”架棚方式进行加强支护；④对采用“单体支柱配合钢梁”架棚方式进行加强支护地段仍出现矿压显现明显、钢梁弯曲翻滚等现象，应缩小支护排距（排距0.4～0.5m）并采取注浆措施；⑤前期严格按照以上4种支护方案进行维护。在维护期间和维护结束后，发现此区域顶板破碎程度加重或此区域外顶板破碎时，要及时按照破碎程度采取以上对应的加强支护措施施工。

(3)支护参数

①支设带帽点柱

使用DW-28型单体支柱配合长度为1.0mπ型梁进行支设。支设位置及单排数量根据顶板破碎地点及范围确定，可支设在西侧、中部或东侧。东侧帮及中部点柱紧贴皮带架管支设，西侧支柱距离轨道不小于0.5m。支设时，π型梁轴线垂直于巷道轴线布置，支柱支设于π型梁正中间位置。顺巷支设点柱的南北间距为1.0m。

②“单体支柱配合钢梁”架棚支护

A.使用DW-28型单体支柱配合长度为3.2m（材巷使用）/3.6m（运巷使用）π型梁构成“一梁三柱”支护。π型梁轴线垂直于巷道轴线布置，支柱距梁头0.2m，东侧帮及中部点柱紧贴皮带架管支设，西侧支柱距离轨道不小于0.5m，棚距1.0m，若矿压显现明显时，缩小排距为0.4～0.5m。

B.巷道超高或顶板不平时，顶梁上部用棚板（规格φ220/2×1400mm），施工“#”字木垛勾顶，棚板间距为1.0m，木垛要接顶严密，勾紧背实。勾顶区域π型梁必须设防坠器，即在勾顶前，先使用双股10#铅丝将距离π梁两端0.5m处分别吊挂在顶网上。

③注浆加固施工参数

A.布孔参数：在矿压显现明显段以90°方位、与水平夹角75°开孔，每隔4m施工一个注浆孔，孔深为2500mm，采用注浆封孔器进行封孔，孔内封孔位置距孔口1m。

B.注浆材料配比：采用超强矿用无机加固材料，水灰比为0.3:1。

C.气动注浆泵型号：2ZBQ-50/19（压力要求3～5MPa）、气动搅拌桶型号：JQW-250S、风动锚杆钻机：φ32钻头、动力参数：矿井压风0.4～0.8MPa；采用锚杆机开孔进行矿用新型无机加固材料注浆，开孔直径φ32mm。

④替换U型棚支护

替换U型棚支护前，首先，在距需替换U型棚两侧0.5m分别使用3.6mπ型梁“一梁三柱”加强支护，然后，在靠近U型棚梁下方距棚腿0.5m处各支设一根点柱，用另一根单体液压支柱以70°左右的倾角顶在棚腿上方的棚口处，使棚腿上端向煤帮移动脱离棚梁，人工挖底回收棚腿，最后，回收棚梁，回收棚梁完成后，在原U型棚位置“一梁三柱”架设3.6mπ型梁。

⑤吊包的处理方法。对于垂距大于0.1m，长度小于2.5m的吊包进行抖包，先在吊包南北两侧分别支设带帽点柱，再将吊包下部的金属网剪开一个不大于200mm长的缝，使用长撬棍将吊包上部活矸、碎渣进行挑落，再进行补联网。联网完成后，使用单体支柱配合π型梁对抖包处进行支护，上部使用棚板接顶。对于顶板破碎严重、破碎顶板高度超过0.5m的则不进行抖包，进行架棚支护。

⑥顶帮网的补联方法

A.对巷内所有顶帮网破口采用菱形金属网进行补联网。补网前必须先由有经验的人员利用长撬棍对破口内活矸、活渣挑落，再进行补联网。

B.要求：在原顶帮金属网破口处重新铺设金属网，新网与旧网搭接不小于100mm，并采用16#铅丝双股对折进行联网，扭结圈数不少于3圈，扣距不大于0.1m。

⑦更换损坏或压死的支柱方法

逐根进行替换，按照先支后回的方法作业。替柱前，先在同一根梁下（距离将要替换的支柱500mm处），先支设一根完好的支柱，拴好防倒链，降下坏支柱，未能正常实现降柱的支柱，先完善其防倒链，使用挖柱窝的方式进行回收。然后在回收支柱的位置新支设支柱，最后再回收临时支柱。

⑧更换断裂、弯曲、翻滚的顶梁方法

逐架进行更换，按照先支后回的方法作业。回收坏梁前，先在同一根下（距离将要替换的顶梁200mm处），先平行支设一架完好的支架。支护参数与原支护一致，更换损坏的顶梁后按照原支护参数及要求支护，最后回撤临时支架。

4.结论

通过对3205工作面补强支护后两巷的矿压情况进行观测分析，巷道顶底板移近量、两帮收缩量为400mm、300mm，极大程度的减小了巷道断面收缩量，为工作面的安全、高效生产奠定了基础。