馮康金　楊棟

摘要：三軟煤層孤島工作面圍巖松軟破碎，當(dāng)受到強(qiáng)烈動壓影響，巷道收縮嚴(yán)重，支護(hù)難度極大，平煤股份六礦在總結(jié)以往沿空送巷支護(hù)失效教訓(xùn)的基礎(chǔ)上，通過改進(jìn)高強(qiáng)度錨桿支護(hù)技術(shù)，在戊9-10-22120工作面采取預(yù)應(yīng)力錨索梁聯(lián)鎖支護(hù)、斜拉錨索梁、柔性鋼帶支護(hù)、底板打底錨加固等新技術(shù)，取得了良好的支護(hù)效果，為今后的復(fù)雜條件下巷道支護(hù)奠定了堅實的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：動壓影響 孤島工作面 聯(lián)合支護(hù)

平頂山天安煤業(yè)股份有限公司六礦采掘接替及壓茬關(guān)系等因素影響，工作面常常要處于高動壓之中，頂板極為破碎，巷道變形嚴(yán)重，給支護(hù)工作帶來很大困難，嚴(yán)重制約了煤礦安全生產(chǎn)與高產(chǎn)高效建設(shè)。

1 工作面概況

六礦戊9-10-22120工作面位于二水平戊二上山采區(qū)下部西翼，東鄰戊二西翼專用回風(fēng)巷、戊二軌道上山和皮帶暗斜井，西臨六七礦保護(hù)煤柱邊界，北鄰戊9-10-22140采空區(qū)，南鄰戊9-10-22100采空區(qū)。該工作面上層戊8煤層已采完，其下部受臨近五礦己組煤層采動影響，這個工作面是個典型的高動壓孤島工作面。該工作面戊9、戊10煤層之間的夾矸呈東薄西厚，厚度為1.3～3m，工作面埋深550～770m，圍巖條件差，地應(yīng)力大，支護(hù)極為困難。

原設(shè)計對工作面受下部五礦采動影響或受七礦采動影響段采用錨桿網(wǎng)+套金屬支架聯(lián)合支護(hù)，成本高，施工進(jìn)度慢，特別是在采動壓力影響下，巷道受壓后變形嚴(yán)重，二次返修難度大，另一方面采煤時采煤工作面上下出口難以維護(hù)，極大地影響了正常生產(chǎn)。

2 支護(hù)機(jī)理

考慮到戊9-10-22120工作面處于地應(yīng)力復(fù)雜、及礦壓較大區(qū)域，該工作面原計劃采用一般條件下錨網(wǎng)支護(hù)，受五礦及七礦采動影響段套U型鋼或礦用工字鋼金屬支架支護(hù)，但其缺點是支護(hù)費用高，材料消耗大，且后期支架支護(hù)支架重量大，工人勞動強(qiáng)度大，掘進(jìn)效率低，且巷道主動支護(hù)強(qiáng)度不夠，多次受采動影響，巷道應(yīng)力大，造成巷道失修嚴(yán)重。回采過程中，還需增加拆棚、回棚、替棚等工序，工人勞動強(qiáng)度大，進(jìn)度慢，影響采煤生產(chǎn)，不適應(yīng)礦井高產(chǎn)高效。

2.1 預(yù)應(yīng)力錨桿、錨索梁錨固等技術(shù)。與傳統(tǒng)支護(hù)方式相比，錨桿支護(hù)使用的材料少而且質(zhì)量小，在掘進(jìn)過程中大大加快了相關(guān)材料的運輸速度，提高了掘進(jìn)效率。在回采作業(yè)中，降低了井下工人的勞動強(qiáng)度，減少了工作面的作業(yè)流程，顯著提高了井下作業(yè)效率。錨桿支護(hù)施工工序簡便，能夠在掘進(jìn)面掘進(jìn)后立刻施工，有利于在快速掘進(jìn)中實現(xiàn)圍巖支護(hù)的機(jī)械化作業(yè)。

通過對錨桿支護(hù)機(jī)理的分析，得到錨桿支護(hù)技術(shù)完全符合巖石力學(xué)理論和圍巖控制，是主動支護(hù)形式。錨桿支護(hù)是利用圍巖里面的堅硬結(jié)構(gòu)對外部巖體實施加固，充分利用圍巖自身的支撐能力組成相對穩(wěn)定的支撐結(jié)構(gòu)，有效提高了巷道圍巖的穩(wěn)定性，簡化了對巷道支護(hù)的維護(hù)。

預(yù)應(yīng)力錨索梁支護(hù)是一種主動支護(hù)系統(tǒng)，其不僅是貼頂支護(hù)，而且可以施加較大的預(yù)應(yīng)力，實現(xiàn)主動支護(hù)。因此預(yù)應(yīng)力錨索梁是支護(hù)采空區(qū)下復(fù)雜應(yīng)力區(qū)域巷道的有效手段，具有良好的支護(hù)效果。錨桿支護(hù)有效地減少了巷道支護(hù)材料的投入和運輸，降低了支護(hù)的材料成本。由于錨桿支護(hù)深入圍巖巖體，無須占用巷道斷面，因此巷道支護(hù)初期。在設(shè)計上可直接減小巷道斷面面積，節(jié)省了巷道掘進(jìn)成本。錨桿支護(hù)穩(wěn)定性好，可以有效地減少巷道的維修養(yǎng)護(hù)量，從而降低巷道的維護(hù)費用。

2.2 巷道幫角加固、底板錨桿加固技術(shù)。在支護(hù)上突出特點如下：①幫角打錨桿加固、底板打地錨加固，把巷道應(yīng)力向深部圍巖傳遞，分散了應(yīng)力集中。②加強(qiáng)了全斷面主動支護(hù)強(qiáng)度，對巷道的頂板下沉、兩幫收縮及巷道底有極大的抵制作用。③在復(fù)雜條件下巷道的支護(hù)中，尤其是“三軟”煤層，高動壓、高應(yīng)力巷道，支護(hù)加強(qiáng)了巷道整個圍巖的整體強(qiáng)度。

3 主要研究內(nèi)容、途徑和技術(shù)關(guān)健

①研究內(nèi)容。通過調(diào)研理論分析，確定預(yù)應(yīng)力錨桿及預(yù)應(yīng)力錨索梁組合支護(hù)的支護(hù)參數(shù)；進(jìn)行錨桿受力、錨固力及巷道位移測試。②途徑及技術(shù)要領(lǐng)。在復(fù)雜應(yīng)力區(qū)域內(nèi)，對巷道預(yù)應(yīng)力錨桿與預(yù)應(yīng)力錨索梁聯(lián)合支護(hù)進(jìn)行工業(yè)性測試，并且同步研究錨桿錨固力、錨桿受力以及巷道圍巖位移情況，以驗證采空區(qū)復(fù)雜應(yīng)力區(qū)域內(nèi)此種聯(lián)合支護(hù)結(jié)構(gòu)及相關(guān)支護(hù)參數(shù)的科學(xué)性，以確保巷道支護(hù)結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定。從技術(shù)層面來分析，其重要節(jié)點在于必須確保預(yù)應(yīng)力錨桿及預(yù)應(yīng)力錨索梁滿足預(yù)應(yīng)力的設(shè)計要求；巷道施工后，預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)及預(yù)應(yīng)力錨索梁聯(lián)合支護(hù)能否有效抑止圍巖位移，使位移速度不超過30d，巷道頂板下沉量在100mm以內(nèi)，下降速率不超過0.5mm/d。巷幫移近量在200mm以內(nèi)，幫移近速率在5mm/d以下。巷道回采階段，有效通風(fēng)斷面必須達(dá)到設(shè)計斷面的80%，另外要求巷道圍巖基本穩(wěn)定，以免破壞回采秩序。

4 支護(hù)效果與分析

4.1 通過數(shù)據(jù)收集與整理，可以發(fā)現(xiàn)，在掘進(jìn)期間，巷道頂板下沉量平均23mm，下沉速率平均1.7mm/d；巷幫位移量平均72.3mm ，位移速率平均1.93mm/d；深部下沉量為0mm，淺部最大下沉量36mm，平均28mm；錨桿受力觀測：最大受力8.5t，平均受力8.23t。

巷道頂板與巷幫在回采過程中最大位移量分別為103.4mm、197.2mm。巷道頂板平均下沉量達(dá)到了82mm；下沉速率平均7.82mm/d；巷幫平均位移量達(dá)到104.3mm，平均位移速率為3.48mm/d。

4.2 掘進(jìn)和回采巷道支護(hù)斷面比較。掘進(jìn)斷面15.36m2，凈斷面13.8m2；回采期間斷面12m2。實踐表明，回踩過程中的巷道有效斷面不小于掘進(jìn)設(shè)計斷面的80%，說明“浮冰”工作面“三軟”煤層巷道高應(yīng)力沿空送巷采用預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)錨桿、錨索梁、底角底板錨桿支護(hù)的手段是可行的，設(shè)計的支護(hù)參數(shù)是科學(xué)合理的。

5 結(jié)論

5.1 經(jīng)濟(jì)效益評價。通過在戊9-10-22120工作面進(jìn)行“三軟”煤層巷道高應(yīng)力沿空送巷條件下預(yù)應(yīng)力錨桿、預(yù)應(yīng)力錨索梁及底角底板錨桿組合支護(hù)研究并得到實施后，通過實踐調(diào)研，結(jié)合監(jiān)測數(shù)據(jù)可以看出支護(hù)結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定，而且這種支護(hù)結(jié)構(gòu)大大減少了材料消耗，成本降低，且優(yōu)化了作業(yè)環(huán)境，為綜采工作面實現(xiàn)快速安裝生產(chǎn)打下了堅實的基礎(chǔ)。

5.2 社會效益評價。平煤六礦隨著礦井開采深度的增加，煤層賦存條件的變化，戊組煤層之間的夾矸逐漸分層，煤層之間的夾矸越來越厚的發(fā)展趨勢。另一方面，隨著開采深度的增加，地應(yīng)力持續(xù)增加，在一定程度上限制了巷道支護(hù)的條件。類似戊9-10-22120采掘工作面的工作面還有很多，通過在戊9-10-22120工作面的試驗研究結(jié)果看，“三軟”煤層巷道高應(yīng)力沿空送巷條件下預(yù)應(yīng)力錨桿、預(yù)應(yīng)力錨索梁及底角底板錨桿組合支護(hù)大有發(fā)展和應(yīng)用的潛力。通過實踐證明，具有以下諸多優(yōu)點：①降低材料消耗，減少投入，實現(xiàn)了少投入，多產(chǎn)出。與傳統(tǒng)的錨網(wǎng)+套棚支護(hù)相比較，可大幅度減少材料費的投入。②提高單產(chǎn)單進(jìn)水平，有利于緩解采掘接替緊張局面。③減輕工人的勞動強(qiáng)度，減化了回采工序，減少了工作面的作業(yè)人員。④支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，作業(yè)環(huán)境進(jìn)一步優(yōu)化。錨桿支護(hù)的強(qiáng)度高于棚式支護(hù)，巷道變形量小，有效斷面大，受采動影響變化小，從而使作業(yè)場所有良好的安全作業(yè)環(huán)境。

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