18104工作面回撤通道支护设计应用

冯耀文, 孙国强

(1.山西王家岭煤业有限公司，山西 忻州 036600；2.山西煤炭运销集团科学技术研究有限公司，山西 太原 030006)

1 概述

山西王家岭煤业有限公司18104工作面回撤通道布置在采区南部，回撤通道东部为18102采空区，南部为18104采空区，西部为18106工作面，北部为集中大巷。

18104工作面回撤通道总长度为300 m，巷道从工作面运输顺槽80 m里程牌处开口向回风顺槽贯通施工，18104工作面回撤通道宽度为5.0 m，高度为4.0 m，回撤通道破4#煤层底板进行掘进，留顶煤厚度为2.0 m，煤层稳定性相对较好，煤层内含多层泥岩夹层；4 #煤层顶板情况如下：1) 直接顶：主要以泥岩、砂岩混合岩层为主，厚度为3.9，岩体单轴抗压强度为42 MPa，岩体胶结性稳定；2) 基本顶：主要以砂质泥岩、中粒砂岩为主，平均厚度为15 m，岩体单轴抗压强度为62 MPa,岩体稳定性好[1-3]。

截止目前，18104工作面即将回采到位，距停采线不足50 m，为了保证回撤通道施工安全，提高回撤通道围岩稳定性，决定对回撤通道围岩应力进行对比分析，并提出合理有效的支护设计。

2 18104回撤通道附近岩体结构观察分析

1) 围岩观察方案：为了详细了解18104回撤通道顶板20 m范围内岩体岩性情况，决定采用孔壁观察法进行顶板岩层分布情况和结构观测。由于18104工作面正处于回采阶段不利于测点布置，而18103工作面与18104工作面两翼布置，两个工作面回撤通道间距为200 m，两个工作面回撤通道附近岩体岩性基本相同，所以决定在18103回撤通道附近布置3个测点，如图1所示。每个测点布置一个窥视孔，窥视孔与顶板垂直布置，孔深20 m，直径为62 mm，窥视孔施工完后采用直径为30 mm水管对孔壁进行冲洗，保证后期孔壁岩体窥视效果。

图1 顶板岩体窥视钻孔布置示意图

2) 测点布置：第一个测点布置在18101辅运顺槽230 m处，第二、第三测点布置在18103工作面辅运顺槽450 m和540 m处，所有测点窥视孔布置在巷道顶板中部，为了保证后期顶板窥视施工安全，对测点及其附近顶板应采用支设单体液压支柱、安装梯子梁进行加强支护。

3) 观察结果分析：窥视孔施工完后采用ZKXG30K窥视仪进行钻孔壁围岩观察，通过对3个钻孔窥视观察分析发现，18104回撤通道往上2.0 m范围内主要为4 #煤层，2.0 m～4.2 m范围内为泥岩，中部含有一层砂质泥岩；在4.2 m～8.1 m范围内为页岩、砂岩互层为主，在不同岩体胶结面附近出现局部裂隙现象；在8.1m～19.2m范围内为中粒砂岩，在此段范围内孔壁完整圆滑，无破碎现象，稳定性较好；在19.2 m～20.2 m范围内为细砂岩该段岩层完整，如图2所示

图2 测点顶板岩体结构窥视图

3 18104回撤通道联合支护设计

通过对18104回撤通道顶板岩体观察发现，在顶板0 m～4.2 m范围内为重点支护区域，该范围内可采用大直径(长度)均让压锚杆进行支护，4.2 m～8.1 m为砂质泥岩，岩体单轴抗压强度为62 MPa，且该区域裂隙发育低，岩体整体稳定性较好，该区域可采用恒阻让压锚索进行支护。

3.1 支护设计方案

3.1.1 均让压大锚杆支护

1) 均让压大锚杆支护原理：由于18104回撤通道顶煤厚度为4.2 m，巷道在开挖前4 #煤层单轴抗压强度介于25.3 MPa～29 MPa之间，巷道开挖后受应力影响，4 #煤层局部裂隙发育，单轴抗压强度降低，平均为19 MPa，稳定性相对较低，会出现蠕动变形现象，传统刚性锚杆让压效果差、支护长度不足，导致锚杆支护后锚固失效、破断现象严重；而均让压大锚杆支护增加了原支护体长度及直径，提高锚杆屈服强度，大大提高了锚杆锚固效果，同时，该支护下端安装让压机构，当顶板来压发生蠕动变形时，支护体可适应顶板变形现象，达到耦合支护作用[4-5]。

2) 支护结构：均让压大锚杆支护主要由支护杆体、蛇形单泡让压件、承载机构等部分组成，支护杆体主要采用长度为3.0 m，直径为28 mm左旋无纵筋高锰钢锚杆，锚杆屈服强度为322 MPa,破断力为420 kN，延展率为5%；蛇形单泡让压件最大让压长度为0.3 m；承载机构主要采用“JW”型矿用钢带，钢带长度为4.8 m,宽度为0.32 m，厚度为4 mm，钢带上均匀焊制5个长方孔，孔中心间距为1.0 m，如图3所示。

图3 18104回撤通道均让压锚杆(索)支护平面示意图(mm)

3) 支护施工工艺： a) 首先在巷道顶板施工一排支护钻孔，钻孔直径为35 mm，深度为2.8 m，钻孔垂直顶板布置，钻孔中心水平线与巷道两帮垂直； b) 支护钻孔施工完后对钻孔内依次注入锚固剂进行锚固(K2360和Z2360各一支)，设计锚固力150 kN，预紧扭矩不低于250 N.m； c) 锚杆安装，其外露段依次安装让压机构、“JW”型钢带、螺母并进行预紧。

3.1.2 恒阻锚索支护

1) 恒阻锚索支护结构：恒阻锚索支护主要由恒阻锚索、梯形梁、鸟窝双泡让压件等部分组成；恒阻锚索采用直径为21.8 mm、长度为6.5 m的19股钢绞线，锚索设计屈服强度为540 MPa,破断力为860 kN，延展率为32%；梯形梁长度为4.0 m，宽度为0.4 m，主要由若干根直径为16 mm圆钢焊接而成，鸟窝双泡让压件最大让压行程为0.5 m。

2) 支护工艺： a) 首先在巷道顶板相邻两排均让压锚杆之间施工一排锚索钻孔，钻孔布置间距为1.8 m，排距为3.0 m，钻孔深度为6.2 m，直径为30 mm； b) 钻孔施工完后对钻孔内进行锚固恒阻锚索，每个钻孔3支锚固剂，锚固力为320 kN； c) 同一排锚索安装后对其外露端安装一根梯形梁、让压机构，并采用锁具进行预紧，预紧力不得低于370 kN。

3.2 支护效果分析

18104回撤通道施工到位后，在回撤通道顶板每隔50 m安装一台GWL150(A)型数显离层仪进行顶板位移量观察分析，该离层仪深部固定点安装在7.0 m处，浅部固定点安装在3.5 m处，通过1个月现场观察发现：

巷道掘进后在0 d～9 d范围内顶板出现大蠕动变形现象，顶板下沉量相对较大，达0.23 m，下沉区段位于顶板2.4 m～3.2 m范围内，顶板下沉后主要表现在巷道中部下沉，两侧弯曲，但未破坏顶板整体承载结构；在9 d～21 d范围内锚杆(索)起到主动支护作用，顶板蠕动变形现象降低，下沉量为0.04 m，在21 d～30 d范围内锚杆(索)与顶板实现了让压耦合支护作用，顶板下沉量趋于零，在此期间顶板锚杆、锚索未出现断裂、锚固失效现象，顶板锚杆(索)支护满足巷道支护需求。

4 结语

王家岭煤矿通过18104回撤通道附近顶板岩体结构稳定性情况进行观察分析，提出了均让压大锚杆(索)联合支护设计，通过实际应用效果来看，该支护设计满足应力区回撤通道支护需求，避免了支护盲目性，降低了支护成本费用，简化了支护工序，为类似条件下掘进巷道顶板支护提供了实践依据。