刘庄煤矿深井软岩沿空掘进巷道支护方式研究

【摘 要】121102工作面及121302工作面巷道在采动压力的影响下矿压显现异常剧烈，巷道维护异常困难。在掘进过程中，对巷道支护形式、加固方式及巷道的断面形状都进行了多种探讨，也取得了一些成效。同时也发现了不同支护形式在支护效果上存在着差异。

【关键词】深井软岩；支护方式；差异

1 121102及121302两工作面概况

121102采区布置三条采区上山，东至F22断层保护煤柱线，南邻121103工作面未采区，北邻121101工作面采空区。121102工作面上方为121301工作面，121301工作面压茬121102工作面一半。11-2煤与13-1煤层间距75m左右。该工作面平均可采走向长度1460m，平均倾斜长度228，煤层平均厚度4m，可采储量178万吨。煤层倾角14～18°，平均倾角为16°。

121302工作面位于-762m水平以上，该面近走向布置，工作面东邻F30断层，西邻采区上山，南邻121303工作面，北邻121301工作面。其中121303及121301工作面皆已回采完毕。该工作面设计走向长度1534米，工作面倾斜长度275米，储量271万吨。

2 两工作面采掘相对关系及顶底板岩性对比

2.1 工作面巷道布置及周围采掘关系比对

相同点：

①两工作面皆为在采动影响情况下沿空掘进及回采的工作面；

②两工作面皆采用四巷布置方式，即置轨道顺槽、胶带顺槽、瓦斯抽排巷及中巷，其中风巷分期掘进；

③两工作面巷道原设计支护形式皆为锚索加锚网支护；

④工作面由外向里260―700M段皆为煤层向斜轴部的应为集中区，此区域内的巷道压力显现十分明显。

不同点：

①121102工作面除受本煤层上区段的121101工作面采动影响外还受其上方13煤121301工作面的采动影响；

②121302工作面为双巷都是沿空布置的孤岛回采工作面。

2.2 两工作面顶底板岩性比对

121102工作面顶底板岩性：工作面无伪顶，直接顶，东部以灰～灰白色细砂岩为主，西部细砂岩逐渐尖灭为灰色砂质泥岩，块状、性脆。平均厚度3.95m；老顶为粉砂岩，厚度为2.26m。

121102工作面顶底板岩性：碳质泥岩和11-1煤。碳质泥岩厚度为0.87m，11-1煤线厚度0.45m。

121302工作面顶底板岩性：伪顶为泥岩，厚0.35米，直接顶为泥岩，厚4.88米，13-2煤，厚0.64米，砂质泥岩：厚1.40米；老顶为细砂岩，厚6.59米，层面有泥炭质，局部夹有薄层砂质泥岩。底板为沙质泥岩，厚2米，直接底为细砂岩。

3 两工作面巷道支护设计比对

1）设计两工作面中巷距本煤层上一区段工作面机巷净煤柱均为60m。

2）121102及121302两工作面风巷均采用等长布置设计，与121101工作面机巷净煤柱最小5.25m，最大11.4m；121302工作面风巷与上一区段净煤柱为3-11m。

3）121102里段风巷采用锚梁网+W钢带支护；外段风巷采用锚梁网+W钢带+锚索吊梁支护。掘进迎头先打三根锚索加W钢带，锚索直径18.9m，长6.2m，锚索排距1.2m，W钢带压茬使用，滞后掘进迎头50m补打四根锚索加U型钢吊梁，锚索排距1.0m。全断面7根锚索，平均排距1.1m。

4 两工作面巷道不同支护形式支护效果分析

4.1 两工作面巷道的矿压显现分析

4.1.1 121102中巷

在工作面安装结束前，巷道压力显现以鼓底为主，巷道日鼓底量在20mm左右，巷道两帮的移近量不大，为4～5mm/天。在3月15日晚，在中巷的460～590m段顶板突然位移，当天顶底位移量最大处达320mm/天，该段平均位移达120mm/天。以后随着121301工作面推进，该巷道加速位移的范围往巷道两端推进，在中巷的外段直到170米以外显现变缓，往里直到650米以里显现变缓。121102中巷两帮总移近量最大为3.26m，顶底移近量最大达4.82m

4.1.2 121102风巷

因支护强度明显高于中巷，且施工时间较晚，滞后于121101工作面回采时间8.3个月，121101工作面对该巷道的采动影响已趋于稳定，巷道变形量也小于中巷，其变形主要表现为上帮移近与底鼓。上帮最大移近速度为50mm/天，最大移进量为2320mm；顶底板最大移近速度为59mm/天，最大移量量为2650mm。

4.1.3 121302风巷

因采用了超高强度的支护方式，一次性支护到位，加之巷道掘进时破顶全部达到2M，预留变形空间充裕，目前巷道状况较好。顶底移近量及两帮位移量有限。两帮最大移近速度为10mm/天，最大移进量为520MM；顶底板最大移近速度为8mm/天，最大移量量为380MM。

4.2 大断面高破顶巷道使用效果分析

121101风巷施工到约300米处时，将原有净宽×中高=5.4m×4.2m，破顶0.6M巷道断面增至净宽×中高=6m×4.2m破顶两米施工。

原理分析：由于大断面施工对直接顶受采动影响而松动的围岩破掉较多，增加了巷道顶板的稳定性，并且大断面施工为巷道后期来压留下了足够的收缩空间。

施工效果：巷道300米至360米段经过采动压力综合影响之后相比其他地段巷道稳定性好，后期又在上帮和巷中增加两路点柱进行加强支护。现该段虽两帮侧压明显但顶板比较完整，到目前为止仍能满足回采要求 。

4.3 锚索配合吊梁与锚索配合钢带支护效果对比分析

121101中巷、风巷及121302中巷风巷在掘进施工过程中都先后分别采用了锚索配合工字钢或U形钢吊梁及锚索配合M5钢带等几种不同锚索支护形式。

支护效果：锚索配合M5钢带支护效果优于锚索配合吊梁。

原因分析：锚索配合吊梁支护，因吊梁为钢性材料，其变形量很小，当支护范围内顶板不是十分平整时会造成三根固定吊梁的锚索受力不均，当顶板来压时会造成单根锚索因受力过大而出现断裂或滑扣现象，最终造成整个锚索吊梁失效。而锚索配合M5钢带支护，因M5钢带为柔性支护材料，当顶板来压时M5钢带可产生朔性形变，保证了固定钢带的锚索使终保持均衡受力，避免了单根锚索因受力过大而断裂现象。

4.4 贴帮棚腿及底脚下扎锚杆实际支护效果

为更好地控制巷道两帮的移近量及尽量减少底鼓，我们在121102及121302风巷部分巷道试用了锚索固定贴帮棚腿及在巷道两过底脚各增加一排45度扎角底脚锚杆加强支护形式。

支护效果：经检验发现锚索固定的贴帮棚腿对巷道两帮的移近能起到一定的控制作用，底脚45度扎角锚杆对巷道帮部支护起着很好的加固作用。（下转第392页）

（上接第344页）5 对工作面沿空掘进巷道压力显现规律的认识及采取的措施

121102、121302工作面这些沿空巷道变形异常剧烈的原因我们认为有以下六个方面：

①煤层埋藏深，地压大；②向斜赋存的煤层在向斜轴部附近造成地应力集中；③煤层松软，失去支撑顶板的骨架作用；④底板强度低，承受载荷能力弱；⑤121101工作面回采压力释放不充分；⑥121301工作面采动压力的影响。

根据以上分析，对沿空巷道的布置、支护方式、巷道修复方式等采取以下措施：

1）在压力显现特别异常，煤层特别松软段，必须采取破顶板布置巷道，破顶幅度根据顶板岩性定，最低不少于1.7米，利用岩石作巷道帮起骨架作用来支撑顶板；

2）为保持顶板的完整性，巷道在刚掘进过程时，要一次性保证巷道顶板和帮部的支护强度，尽可能减少顶板的离层量；

3）为抵抗采动压力的影响，对巷道支护形式要采取锚网索、锚吊梁这些主动支护形式的同时，还必须用点柱、托棚等进行支护加固；

4）当巷道两帮煤壁十分松软破碎时，可采取注化学试剂等方法增加煤帮强度。

6 结论及建议

1）基建矿井投产应至少完成一个及以上的采区巷道掘进工程，科学合理安排矿井的生产接替；

2）巷道掘进尽可能避开采动影响，对回采工作面压力释放要留有最少2～3年的卸压时间；

3）沿空巷道掘进时，要尽可能保证一次支护的强度，要尽可能减少顶板的离层，保持顶板的完整性。