丁集煤矿蹬空工作面围岩支护技术研究

丁集煤矿蹬空工作面围岩支护技术研究

袁真

关键词：蹬空工作面；顶板离层；矿压显现；让压支护；组合支护；初始预紧力

一、工程概况

1282（3）综采面为丁集矿西二采区-826m水平13槽首采工作面,该面位于东部13-1煤层采区大巷以西，ZF-5断层以东，SF21断层以北，工作面下方的11-2煤的1422（1）工作面已回采完毕，1412（1）运顺、轨顺及切眼已于2010年8月21日贯通。由于该面下部为1422（1）采空区，而该面运输顺槽内错1422（1）采空区15m布置，轨道顺槽内错1422（1）采空区40m布置，因此1282（3）综采面两巷实际上属于蹬空面巷道，而对于该类巷道必须加强化支护结构体的整体支护作用，加强顶板支护。因此矿方进行了1282（3）蹬空工作面围岩支护设计。

二、巷道支护工艺研究

（1）巷道支护设计要求

巷道层位：巷道跟13-1煤层顶板掘进；

巷道类型：蹬空巷道；

巷道断面：

轨顺及运顺：宽×中高=5.0×3.4=17.00m2；

切眼：宽×中高=7.3×3.4=24.82m2；

掘进方法：综掘；

支护方法：锚索网支护；

服务期限：2年左右。

（2）巷道的支护难点

1）支护体与围岩共同承载作用降低。由于1282（3）工作面区域范围内11槽和13槽煤层间距约为78m左右，其下的1422（1）工作面收作还不到半年时间，采空区周边岩层还未稳定，并且其邻近的1412（1）工作面在1282（3）轨顺掘进时正在回采，因此其上覆岩层、特别是轨顺上覆岩层在巷道掘进过程中仍处在剧烈活动期内，其结果不仅造成支护体不能及时与围岩共同承载，而且还易导致支护体结构损坏；

2）巷道处在拉应力与压应力的转折端，巷道呈现不均匀沉降，支护体易受剪切破坏。由于1282（3）运顺内错1422（1）采空区15m布置、轨顺内错1422（1）采空区40m布置，而上述区域均处在1422（1）综采面顶板弯曲下沉拉伸应力区内，其结果将会造成巷道水平应力增大，使支护体易受剪切破坏；

3）1282（3）两巷顶板岩性相变较大。由巷道区域钻孔地质柱状可以看出，1282（3）两巷顶板岩性相变较大，如补08-1钻孔在顶板4m～5.5m区域范围内存在两层煤线，而该处极导致顶板产生离层破坏；

4）顶板砂岩层含水。由于1282（3）两巷直接顶砂岩或直接顶泥岩上部的砂岩层含水，当顶板有裂隙、构造或锚索孔通达砂岩层时，顶板淋水，造成顶板泥岩膨胀和强度弱化，泥岩的膨胀变形会在锚索上产生巨大的载荷，同时顶板淋水还会使锚杆和锚索发生锈蚀，降低锚杆和锚索的承载力；

5）由于1282（3）两巷不仅蹬空，而且轨顺属于动压条件下巷道支护问题，预计巷道矿压显现剧烈。

（3）巷道支护的技术对策

根据1282（3）蹬空面两巷支护技术难点分析，在1282（3）蹬空面两巷及切眼支护设计中应采取以下技术对策：

1）改善巷道支护体结构，防止或减缓支护体结构受剪切破坏。

2）采取主动让压支护，有控制地释放顶板岩层的形变压力。

3）采用组合支护，以保证支护体结构在顶板沉降过程中，有效地实现支护体结构与围岩共同承载。

4）提高巷道的初始支护强度。

5）提高锚杆的初始预紧力。

6）在动压影响期间内，采用木点柱补强支护。

7）在顶板淋水、围岩破碎带区域，应强化锚索支护作用，或者采用U型钢架棚支护，防止顶板出现漏冒顶事故。

三、巷道支护方案设计

（1）顶板初始支护方案

顶板支护结构包括4部分：

第一部分由锚杆和M5钢带组成。M5钢带安装在巷道中部，每根M5钢带上安装7根锚杆，锚杆穿过钢带垂直锚入巷道顶板，为便于施工管理，轨道顺槽和运输顺槽顶板锚杆规格一样，均为Φ22×2800mm（锚杆材质为MG400）。

第二部分由16＃槽钢和锚索组成（锚索采用分区段设计）。

轨道顺槽（动压影响区段）：由于轨道顺槽从外段拔门掘进时，1412（1）工作面正在回采，因此轨道顺槽从外段拔门施工至轨道顺槽推过1412（1）工作面100m范围（两者交错100m）均属动压影响区段，在该区段内顶板锚索不分岩性结构均采用“4-4”布置，即“2-2”居中+顶板两侧300mm长工字钢配合U型钢托盘点锚索布置，槽钢梁长2.0m，槽钢型号为16#槽钢，锚索规格：Φ22×5300/(6300～7300)mm（锚索长度设计原则:保证锚索锚固端应有1m以上锚在砂岩内，若顶板泥岩厚度小于4m，则采用Φ22×5300mm锚索；若顶板泥岩厚度超过4m、但小于5m，则采用Φ22×6300mm锚索；若顶板泥岩厚度超过5m，则采用Φ22×7300mm锚索)。

轨道顺槽（停采线外段无动压影响区段）：顶板锚索采用“3-3”交错布置，即“2-2”交错+300mm长工字钢配合U型钢托盘点锚索布置，槽钢型号与锚索规格同动压影响区段一致。

运输顺槽（砂岩直覆区段）：顶板锚索采用“2-2”交错布置，错距1.4m，槽钢梁长2.0m，槽钢型号为16#槽钢，锚索规格：Φ22×5300mm。

运输顺槽（泥岩及砂泥岩互层区段）：顶板锚索采用“4-4”布置，即“2-2”居中+顶板两侧300mm长工字钢配合U型钢托盘点锚索布置，槽钢梁长2.0m，槽钢型号为16#槽钢，锚索规格：Φ22×5300/(6300～7300)mm（锚索长度设计原则:保证锚索锚固端应有1m以上锚在砂岩内，若顶板泥岩厚度小于4m，则采用Φ22×5300mm锚索；若顶板泥岩厚度超过4m、但小于5m，则采用Φ22×6300mm锚索；若顶板泥岩厚度超过5m，则采用Φ22×7300mm锚索)。

第三部分是10#金属网，金属网紧贴顶板铺设,并沿纵向搭接，搭接长度100～150mm，搭接处用M5钢带压茬。

第四部分是木点柱补强支护或加套U型棚支护。

由于1282（3）轨、运顺均为蹬空巷道，且轨顺在掘进期间还受到1412（1）工作面回采动压影响，为了提高巷道的安全可靠度，若锚索网支护巷道顶板5m以上有煤线或泥岩，则应在锚索网支护的基础上在巷中紧靠皮带架打一排木点柱（木点柱规格：直径不小于200mm，长3400mm）或加套U型棚支护。

（2）巷帮支护方案

巷帮支护包括3部分：

第一部分由M5钢带和锚杆组成。巷帮M5钢带沿巷道竖直方向铺设，M5钢带长3.2m，每根钢带上布置5根锚杆，另外为避免巷帮锚杆受钢带的剪切，巷帮钢带上锚杆均垂直巷帮锚入巷帮煤体，巷帮锚杆规格：Φ22×2500mm。

第二部分由槽钢和锚索组成（仅轨道顺槽动压影响区段）：轨道顺槽从外段拔门施工至轨道顺槽推过1412（1）工作面100m范围，该区段巷帮采用增打锚索方式加强支护，其中巷道右帮布置1排水平锚索，左帮（工作面侧帮）也布置1排水平锚索，巷帮锚索采用槽钢组合成一体，槽钢梁长1.2m，槽钢型号为16#槽钢，锚索规格：Φ22×4300mm。

第三部分是10#金属网，金属网沿煤帮竖直铺设，并沿纵向搭接，搭接处用铁丝扎牢，并用钢带压茬。

在断层破碎带附近及顶板淋水地段，采用U型钢架棚支护或调整锚索网支护参数。

（3）1282（3）两巷加固设计

根据1282（3）两巷支护设计的总体思路，考虑到巷道施工进度的需要，1282（3）两巷锚索网支护设计分两步实施，即掘进期间的初始支护设计和动压影响期间的加固设计。

由于1282（3）运顺内错1422（1）采空区15m布置、轨顺内错1422（1）采空区40m布置，虽然轨顺受1422（1）综采面采动所引起的拉伸影响程度小于运顺，但轨顺在掘进过程中还要受到1412（1）工作面回采动压影响，因此1282（3）两巷在初期支护的基础上都必须要进行二次加固。

1）1282（3）轨顺加固设计:

巷道外段（距拔门口110～200m区段）：不仅处在1422（1）工作面收作所形成的应力集中区范围内，而且巷道顶板表面完整性差，对于该段顶板锚索按“5-5”布置加固，即在巷道顶板中部和顶板左或右侧各加打一根点锚索。考虑到二次加固时，顶板已发生变形，因次二次加固锚索长度应大于初期支护锚索长度，加固锚索规格为Φ22×7300mm，锚索托板采用200×200×16mm平托板+U型钢制作的平托板。

动压影响完整顶板区段：顶板锚索按“5-5”布置加固，即在每排巷道顶板中部加打一根点锚索，加固锚索规格为Φ22×7300mm，锚索托板采用200×200×16mm平托板+U型钢制作的平托板。

动压影响破碎顶板区段：在顶板锚索按“5-5”布置加固的基础上套架平顶型U型棚。

2）1282（3）运顺加固设计:

由于运顺实际揭露顶板均为泥岩及复合顶板顶板，因此运顺顶板锚索全部要求按“5-5”布置加固，即在每排巷道顶板中部加打一根点锚索，加固锚索规格为Φ22×7300mm，锚索托板采用200×200×16mm平托板+U型钢制作的平托板。

四、小结

丁集煤矿1282（3）蹬空工作面开采工作面周边地质条件复杂，针对后期工作面开采过程中出现的顶板离层、矿压剧烈显现、巷道围岩破碎挤压变形等开采问题，矿方创造性的研究出了改善巷道支护体结构、主动让压支护、组合支护及提高锚杆的初始预紧力等综合支护方法，经工业性试验，支护效果良好，该支护技术的成功应用具有良好的指导作用。

作者简介：袁真，1984年9月生，硕士研究生，2014年毕业于安徽理工大学能源与安全学院矿业工程专业，现工作于淮沪煤电有限公司丁集煤矿，现为丁集煤矿副总工程师。