受动压影响11205 工作面运输巷差异化支护技术研究

李 凯 乔卫民 贺丽峰

（山西蒲县煤业集团富家凹煤业有限公司，山西 临汾 041000）

近年来，随着煤炭产能的提升，采掘接替的加快，掘进巷道受到邻近工作面影响的情况时有发生，给巷道的维护带来很大困难[1-2]。当采掘接替紧张，存在孤岛工作面时，掘进巷道不仅受到邻近工作面采动压力的影响[3-4]，还会受到本工作面采动压力的二次影响，给顶板维护带来一定的影响[5-6]。为了解决受多次动压影响的巷道支护问题，以山西蒲县富家凹煤矿为工程背景，在巷道与上工作面相遇滞后一定距离前后对巷道支护进行分段设计。

1 概况

富家凹煤业现开采11#煤层，11205 工作面位于11#煤层二采区北翼，工作面埋深220～281 m，煤层厚度2.9～0.7 m，煤层倾角2°～12°。工作面两巷道设计长度为2200 m，工作面倾向长度设计为223 m。11207 工作面与11205 运输巷道相邻，设计净煤柱宽度20 m。11207 工作面已推进一定距离，11205工作面即将掘进。对比以往回采工作面，由于11201工作面的回采动压影响导致11203 工作面运输巷的围岩变形严重、矿压显现强烈，预期11205 运输巷掘进期间会受到邻近工作面动压的影响。

2 地质条件调查

11205 工作面位于S2 背斜东翼，整体为一单斜构造，南西高、北东低，局部地段存在小的褶曲构造，对采掘活动影响不大。邻近11207 回风巷未揭露断层，预计工作面断层赋存的可能性较小，对采掘活动影响较小。煤岩层裂隙主要为构造节理，由剪切应力作用形成，以走向节理和斜向节理为主，节理较发育，对掘进可能造成一定影响。

11207 工作面推采期间，在11207 回风巷施工了30 个水力压裂切顶钻孔，对钻孔进行了窥视，窥视结果显示顶板煤岩层岩性变化较快。垂深30 m以内顶板岩性规律如图1。

图1 顶板岩性探测柱状图

3 巷道围岩变形特征分析及控制技术

3.1 巷道变形特征分析

岩性探测结果显示，11#煤层直接顶为泥岩、砂质泥岩、煤线多层软弱煤岩层组成的（1～6 m 厚，平均3.7 m）层状复合顶板，层状复合直接顶板易发生下沉、垮落，其原因有三：1）岩层之间的黏结强度非常弱，顶板来压后易造成层间离层；2）复合顶板中各岩层之间存在强度差异，顶板来压后各层变形程度不同而导致层间离层；3）复合顶板中如果存在软弱夹层（其厚度较薄且自身抗拉强度较弱），荷载作用下软弱夹层自身及与上下岩层的界面处均容易发生破坏。

层状复合顶板稳定性分级系统（S为巷道顶板距稳定岩层的厚度）：

Ⅰ级：稳定，S＜2 m；

Ⅱ级：中等稳定，S=2～4 m；

Ⅲ级：易垮落型，S=4～6 m；

Ⅳ级：极易垮落型，S＞6 m。

当遇顶板有节理裂隙、淋水、地质构造带等特殊地段时，顶板稳定性级别直接确定为Ⅳ级。

根据现场实际情况及层状复合顶板稳定性分级，11205 两巷顶板为Ⅲ级（易垮落型），局部淋水区段为Ⅳ级（极易垮落型）。根据矿井生产衔接安排，11205 工作面两巷掘进过程中将不可避免地承受11207 工作面的动压影响。基于目前水力压裂工程的进展情况，为确保11205 运输巷顶板安全稳定，必须对巷道支护参数和材料进行升级优化。

3.2 复合顶板分段巷道围岩控制方案

为满足巷道保持长久稳定和回采使用要求，针对直接顶为软弱层状复合顶板的现状，提出“高预紧力+强护表”变浅部软弱复合顶板为加固组合梁的支护方案，11205 运输巷分AB 段为相邻工作面回采前掘进区段，BD 段为迎采送巷区段（采掘交汇点C 点前后各200 m 范围内），DE 段为相邻工作面回采后掘进区段。分段示意图如图2，具体如下：

图2 分段支护设计图（m）

1）11205 运输巷AB 段全锚索支护方案

如图3 所示，短锚索选用Ф21.6 mm×4300 mm，1×7 股钢绞线，采用一支CK2340 和两支Z2360 树脂锚固剂锚注，设计预紧力为200～250 kN，每排布置5 根，间排距为1100 mm×1100 mm，配合使用300 mm×300 mm×16 mm 拱形方托板，拱高不低于60 mm，配调心球垫。

图3 巷道AB 段顶板支护方案（mm）

长锚索选用Ф21.8 mm×7300 mm（长锚索长度需根据岩性探测结果而变化，确保锚入粉砂岩层1 m 以上），1×19 股钢绞线，采用一支CK2340 和两支Z2360 树脂锚固剂锚注，设计预紧力为200～250 kN，每排布置2 根，间排距为1400 mm×2200 mm，配合使用300 mm×300 mm×16 mm 拱形高强托板，拱高不低于60 mm，配调心球垫。

采用双层网，第一层为10#铁丝编织的菱形金属网，网孔规格为50 mm×50 mm；第二层为6 mm钢筋编织的金属网，网孔规格为100 mm×100 mm。每层网搭接长度均要求不小于100 mm，采用双股14#铁丝“之”字型联网并扭结三圈，联网间距不大于100 mm。

2）11205 运输巷BD 段支护方案

受动压影响巷道运输巷BD 段，由于相邻工作面回采与巷道掘进引起的集中应力叠加作用，需特别加强支护，支护设计为在运输巷AB 段支护设计基础上，将短锚索排距由1100 mm 缩小为1000 mm，长锚索排距由2200 mm 缩小为2000 mm，其余不变。

3）11205 运输巷DE 段支护方案

相邻工作面回采后掘进区段（运输巷DE 段、回风巷IJ 段），相邻工作面回采后沿空掘巷，巷道仍然受到采空区残余支承压力的影响，设计采用“高强锚杆+锚索+双层铺网”的支护方式。

如 图4 所 示，锚 杆 选 用 钢 号500#的Ф22 mm×2400 mm 左旋无纵筋螺纹钢，钢材屈服强度为500 MPa，配高强度螺母，采用一支CK2340 和一支Z2360 树脂锚固剂锚注，设计预紧力矩为400 Nm（不得超过500 Nm），每排布置6 根，间排距为900 mm×900 mm，配合使用150 mm×150 mm×10 mm 拱形高强托板，拱高不低于34 mm，配调心球垫和减摩垫圈；每根锚杆配合使用450 mm×280 mm×4 mmW 钢护板。

图4 巷道DE 段支护方案（mm）

锚索选用Ф21.6 mm×7300 mm（锚索长度需根据岩性探测结果而变化，确保锚入粉砂岩层1 m以上），1×7 股钢绞线，采用一支CK2340 和两支Z2360 树脂锚固剂锚注，设计预紧力为200～250 kN，每排布置2 根，间排距为1400 mm×1800 mm，配合使用300 mm×300 mm×16 mm 拱形高强托板，拱高不低于60 mm，配调心球垫。

采用双层网布置，第一层为10#铁丝编织的菱形金属网，网孔规格为50 mm×50 mm；第二层为6 mm 钢筋编织的金属网，网孔规格为100 mm×100 mm。每层网搭接长度均要求不小于100 mm，采用双股14#铁丝“之”字型联网并扭结三圈，联网间距不大于100 mm。

4 工程实践

4.1 矿压观测

在11205 工作面运输巷设置测站，每掘进50 m后设置1 个测站，包括2 个巷道表面位移监测断面、1个顶板离层监测断面、1个锚杆（索）受力监测断面。监测内容见表1。

表1 巷道矿压观测内容

4.2 支护效果

11205 工作面运输巷矿压观测结果如图5，观测周期为63 d，观测频次为7 d 观测一次。

图5 巷道支护矿压观测

从观测结果来看，在35 d 内巷道两帮移近量和顶底板移近量逐渐增大，最大位移分别为25 mm 和15 mm；在支护形成后35 d 以后，巷道的两帮和顶底板位移逐渐趋于稳定，表明分段加强支护起到了良好的围岩稳定控制效果。

5 结论

本文以典型的受动压影响巷道为例，对于预计受动压影响的巷道，预估动压邻近工作面回采时的动压影响距离，在动压影响距离一定范围内，对巷道采取分段支护设计方案，在受动压影响区段采取较强的支护设计，在过动压影响范围后，调整为常规支护设计方案。该支护设计方案有效控制了动压对巷道的影响，同时保证了巷道的掘进速度，对于巷道维护起到了良好的效果。