202 综放工作面运输顺槽架棚注浆联合支护技术研究

李育兵

（晋城市阳城县阳泰集团晶鑫煤业股份有限公司，山西 阳城 048100）

引言

某矿主采河东煤田2 号优质主焦煤，该矿井田内的2 号煤层均由于早年“以掘代采”的小煤窑生产方式造成了大面积不规则采空区的存在，采空区内分布着同样不规则的残留煤体，给下分层煤体的回采造成了极大的困难。因此，针对2 号煤顶分层破坏区下回采巷道进行围岩控制技术研究，为2 号煤层下分层回采巷道提供技术可行、使用可靠、经济合理的支护方式，为2 号煤层安全高效开采提供技术支撑。

1 202 综放工作面工程地质情况

202 综放工作面位于该矿一采区内，东邻保安煤柱，西侧为下山回风巷道，南邻201 综放工作面（已回采），北侧为实体煤。地面标高903～981 m，井下标高713～744m，工作面东西走向可采长度1479m，南北倾斜长度128 m，可采面积189 312 m2，可采储量1 354 527.4 t，工作面服务年限为17.2 个月。202综放工作面采用走向长壁后退式采煤法，综采放顶煤工艺，全部垮落法管理顶板。采高2.5 m，放煤2.8 m，循环进度0.6 m。

工作面所采煤层属2 号强黏性瘦煤，上分层2 m范围内大部分已采空，局部有煤柱，剩余平均可采厚度为5.3 m。该区域煤层赋存稳定，走向NE50°，倾向SW40°，倾角15°，属缓倾斜煤层。煤层呈层状，水平层理，有显著连续性，变化不大，属稳定煤层，夹矸0.2～0.4 m，节理发育，硬度f=1.7～2.4，对开采无太大影响。

工作面直接顶：泥岩、粉砂岩；灰黑色、致密块状、含少量植物化石碎片、少量砂质条带，一般为1～2 m。老顶：细粉砂岩、中砂岩；钙质胶结成分以石英为主，含菱铁矿结核，一般为3～4 m。直接底：泥岩；黑色、泥质结构、水平层理。老底：粉砂岩；灰黑色、泥钙质胶结、贝壳状断口。

2 202 综放工作面顺槽支护方案

2.1 架棚支护

2.1.1 巷道尺寸

受2 号煤上分层破碎顶板的影响，采用锚杆锚索等主动支护已不现实，只能采用金属支架等被动支护，同时受巷道压力影响，巷道断面不能过大，在结合工人体能、井下运输条件、支护材料强度、价格等条件影响，决定选用工字钢支护。

1）巷道高度应满足运输综采支架、安装综采破碎机、转载机皮带机等要求，同时满足回采时电气列车设备高度要求，巷道高度过高顶板易垮落，引起上分层漏顶，故巷道净高取2.6 m。

2）顺槽巷道两帮受水平压力影响，不易过宽，同时必须满足《煤矿安全规程》第90 条规定[1-2]，人行道宽1 m，巷道非行人侧宽0.5 m，巷道内电气列车最宽部分为1.4 m，选用1 m 皮带，皮带架宽为1.3 m，皮带与电气列车间距0.3 m，合计4.5 m，巷道下口宽4.5 m。

3）202 综放工作面两顺槽均沿2 号煤层底板倾向布置。工作面运输、回风顺槽断面形状为梯形；上宽3.7 m，下宽4.5 m，净高2.6 m，断面为10.66 m2；支护形式为工字钢支护，选用12 号矿用工字钢。运输顺槽担负工作面运煤任务，兼做工作面进风巷，回风顺槽担负该工作面回风任务、行人、兼做运料通道。

4）顺槽临时支护采用前探梁支护方式，将3 根3.6 m 长的槽钢，每根槽钢上各连接3 个正方形槽钢卡（15 cm×15 cm），并固定在工作面架棚顶梁下面，完成一个循环工作后，松开固定前探梁卡子的卡进装置，将前探梁向工作面推出，前探梁与顶板之间用木板、楔子背实，在前探梁掩护之下进行出矸、支护等工作。

2.1.2 支护参数

层位：沿2 号煤层底板掘进。

断面形式：梯形。

断面尺寸：顶宽3 700 mm、底宽4 500 mm、巷高2 600 mm。

支护方式：架棚支护。

梯形棚：顶梁长4 000 mm，棚腿长2 650 mm，在顶梁与棚腿搭接处焊接挡块，梯形棚采用12 号工字钢，两架棚为一组，对棚支护，双梁双腿，棚距700 mm。

金属网：采用12 号铁丝，长8 m、宽1.2 m 的金属网铺满巷道顶板。

背板：巷道两帮采用木背板背实，背板长1m、宽20 cm、厚3 cm，每隔0.65 m 平铺在工字钢梁上。

撑杆：棚架之间采用长0.6 m、厚5 cm 的木撑杆，每隔0.7 m 撑在架棚之间，距梁头下10 cm 和棚架腿处都采用木撑杆，木撑杆共计8 个。

拉杆：棚架联锁采用长3 m、厚4 cm 的木拉杆，距底板1.5 m 用木拉杆对棚架进行连锁，使棚架形成一体。

地梁地锚：在架棚下宽4.5 m 的架腿处，采用长2.6 m 的12 号工字钢做为地梁和长40 cm、直径3 cm 钢钉作为地锚，对架棚的架腿进行固定。

202 综放工作面顺槽支护断面如图1 所示[3]。

巷道压力明显地段，采用“一梁三柱”支护，工字钢梁长2.65 m，腿为2.65 m 成一条直线在巷道中间距帮1.8 m 处支护，对冒顶、过空、顶板压力显现地段采用排架密集支护。

2.1.3 支护工艺

每循环掘进完成后，先敲帮问顶把活煤（矸）打掉，架设前探梁临时支护，临时支护前探梁与顶板之间用木板、楔子背实，在前探梁掩护之下进行出矸、掏柱窝。支护棚腿时，两人将棚腿抬到工作面，放到挖好的柱窝内，两人扶住棚腿，然后两人利用1.3 m平板高梯，将棚梁放到棚腿的肩窝里（先将棚梁一端支设进棚腿肩窝，支设稳定后，再将另一端支设到位），支护工将金属网铺设在棚架的顶板和两帮，再由班组长看中线和腰线，符合要求后最后用木楔固定支架，并用背板背实、塞紧，保证棚架稳定可靠。严禁空顶空帮。

在距工作面100 m 处设临时材料存放点，并挂牌管理，在存放备用棚架、单体住、木楔、金属网、木拉杆和其他所需材料，棚架支护规格与巷道支护规格一致，数量不得少于10 组，单体柱数量不得少于4 根。拉杆不少于20 根，背板和木楔不少于1 m3，金属网不少于5 卷，金属临时支护数量不少于2 套。

2.2 注浆加固

图1 架棚支护示意图（单位：mm）

对于掘进工作面遇到顶板破碎、煤层松软等情况时，需采取注浆方式对巷道围岩进行加固。在巷道顶板碎煤及两帮布置注浆管、采用垣曲宏远生产宇固宁化学加固材料。对巷道顶板破碎带进行注浆加固，提高顶板围岩整体承压能力，使破碎顶板形成一个整体，防止巷道在掘进过程中出现冒顶事故的发生。加固注浆完成后使顶板形成一个完全密闭的实体，确保掘进速度和人员安全。

2.2.1 注浆管的布置方式

孔距为0.6 m，布孔扇型布置，钻孔孔径Φ35 mm，孔深20 m，注浆管长20 m，掘进工作面顶板化学材料加固如图2 所示，布孔参数可根据具体工程地质条件进行调整[4-5]。

图2 掘进工作面顶板化学材料加固示意图

2.2.2 注浆方式

注浆顺序按孔号排列顺序进行，先注两侧孔，完成后再注中间孔（根据注浆段长依次按序施工），在注浆孔全部注浆完成后，进行加密注浆孔注浆（根据注浆段长依次按序施工），加固浆液采用纯压式注浆一次性完成。

3 矿压观测

在工作面回采过程中，在巷道顶板及两帮布置位移观测点，对巷道顶板及两帮围岩变形量进行观测，绘制如图3、图4 所示围岩变形曲线。

图3 巷道顶板下沉曲线

图4 巷道两帮位移曲线

由图3 可知，距离回采工作面25 m 范围外，巷道顶板下沉量基本维持在40 mm 左右，随着工作面的推进，巷道顶板下沉量开始逐步增加，直至工作面推进至该位置，巷道顶板下沉量为70 mm 左右。

由图4 知，巷道两帮在距离工作面10 m 左右时，围岩变形量呈现逐步增大趋势，由于受动压影响，回采帮围岩变形量大于实体煤帮，直至工作面推进至该位置时，回采帮和实体煤帮围岩水平位移量分别为45 mm、41 mm，两帮累计移近量为86 mm。顶板及两帮围岩变形量均较小，采用梯形钢棚支护方式，有效控制了巷道围岩变形。

4 结论

顶分层破坏区下回采巷道围岩控制主要采取被动的棚式支护+注浆加固的方式，202 综放工作面运输顺槽回采过程中，巷道顶板下沉量为70 mm 左右，回采帮和实体煤帮围岩水平位移量分别为45 mm、41 mm，两帮累计移近量为86 mm。顶板及两帮围岩变形量均较小，可见采用梯形钢棚支护方式可有效控制巷道围岩变形。