2北206 工作面沿空留巷围岩控制技术研究及应用

魏 建 马 涛

（枣庄大兴矿业有限责任公司，山东 枣庄 277000）

留窄煤柱沿空掘巷技术具有煤炭回采率高、可缓解工作面采掘接替紧张和有效控制巷道围岩变形等优点，近年来该技术在我国各大矿区的应用日益广泛[1-4]。韩海洋基于巷道不同地段地质构造条件对支护方案进行针对性调整，解决了东周窑矿5105回风巷小煤柱沿空掘巷支护难题[5]。关俊红对红山煤业胶顺留小煤柱沿空掘巷过程中不同区段围岩结构及变形进行分析，提出了分阶段支护方案[6]。上述研究推动了留窄煤柱沿空掘巷技术的发展和应用。但是，沿空掘巷巷道受邻近工作面回采和本工作面回采巷道掘进等多重采动影响，巷道围岩条件复杂，对其围岩控制应根据具体工程地质条件进行研究和分析[7-8]。该论文以大兴矿业2北206 运输巷为研究背景，通过对巷道过采空区时围岩结构及变形特征的分析，提出了分阶段针对性支护方案，有效控制了巷道围岩变形，为类似工程条件工作面巷道围岩控制提供了借鉴。

1 工程概况

大兴矿业现主采2#煤层，煤层均厚4.0 m，平均倾角22°，煤层结构简单，赋存稳定。2#煤直接顶为泥岩，均厚2.5 m；基本顶为中砂岩，均厚30.9 m；直接底为泥岩，均厚7.1 m；基本底为细砂岩，均厚2.4 m。2北206 工作面位于北翼采区，埋深约575.1～694.8 m，工作面西部为F3 断层，北部为2北202 采空区，东部和南部为实体煤区。2北206 运输巷沿2#煤顶板掘进，采用锚网索带支护，巷道为矩形断面，尺寸为3400 mm×2600 mm（宽×高）。巷道自切眼掘进231 m 后将揭露2北202 采空区，巷道围岩破碎，施工难度大。为提高巷道掘进效率、缩短巷道施工周期和提高煤炭资源回采率，决定在2北206 运输巷揭露2北202 采空区期间采用留窄煤柱沿空掘巷技术施工。2北206 工作面布置情况如图1。

图1 工作面平面布置示意图

2 巷道围岩结构及变形特征分析

2北206 运输巷在揭露2北202 采空区期间采用留窄煤柱沿空掘巷技术施工，与2北202 采空区间留设6 m 宽的护巷窄煤柱。2北202 工作面采动影响导致工作面侧向煤体完整性降低、破碎程度增大。巷道沿空掘进期间，护巷窄煤柱侧煤体裂隙发育，完整性差，煤柱承载能力较弱。基于2北202 工作面回采巷道施工经验知，巷道在揭露2北202 采空区之前，巷道围岩变形量较小，稳定性较好。但是，巷道在揭露2北202 采空区后，在邻近工作面采动应力和2北206 运输巷掘进应力双重作用下，巷道围岩裂隙将进一步发育、扩展，巷道围岩完整性严重劣化，煤柱承载能力严重受损而极易发生冒顶、片帮事故[3-4]，严重影响巷道正常施工和工作面的安全高效生产，是巷道支护时的重点区域[6-8]。

3 巷道支护设计

3.1 正常段支护方案

基于2北206 运输巷在揭露2北202 采空区前巷道围岩结构及完整性较好的特点，同时参考2北202工作面回采巷道支护经验，对该区段巷道采用“锚网带”支护方式进行支护。支护断面图如图2，具体参数如下：

图2 正常区域巷道支护断面图

（1）顶板支护。顶板采用Ф20 mm×2200 mm的左旋螺纹钢锚杆，间排距为1100 mm×1000 mm，每排4 根锚杆，两肩窝锚杆分别距巷帮100 mm 并与竖直方向呈15°角布置，中间两根锚杆垂直顶板布置。每根顶板锚杆配合使用CK2350 和CK2370 树脂锚固剂各1 卷，锚固力不低于120 kN，预紧力不低于220 N·m。托盘采用150 mm×150 mm×10mm正方形碗状钢托盘，金属网采用10#铁丝编织而成的长3000 mm、宽900 mm 的菱形金属网，采用GD Ⅱ T 140/20 Q/YZK 030 钢带。

（2）两帮支护。巷帮采用Ф18 mm×2000 mm左旋螺纹钢锚杆，间排距1200 mm×1000 mm，每排3 根锚杆，均垂直巷帮布置，上、下两根锚杆分别距顶、底板100 mm。每根帮锚杆配合使用1卷CK2370 树脂锚固剂，锚固力不低于100 kN，预紧力不低于180 N·m。托盘采用100 mm×100 mm×10 mm 正方形碗状钢托盘。

3.2 过采空区段支护方案

针对2北206 运输巷在揭露2北202 采空区期间巷道围岩结构劣化、完整性差及煤柱帮变形量大于实体煤帮等特点，在正常区域支护方案的基础上提出“锚网索带+槽钢梁+缩小锚杆间排距”加强支护方案，如图3，具体支护参数如下：

图3 加强支护段巷道支护断面图

（1）顶板支护。顶板采用Ф20 mm×2200 mm的左旋螺纹钢锚杆，间排距为1100 mm×800 mm，每排4 根锚杆，两肩窝锚杆分别距巷帮100 mm 并与竖直方向呈15°角布置，中间两根锚杆垂直顶板布置。每根顶板锚杆配合使用CK2350 和CK2370树脂锚固剂各1 卷，锚固力不低于120 kN，预紧力不低于220 N·m。托盘采用150 mm×150 mm×10mm 正方形碗状钢托盘，金属网采用10#铁丝编织而成的长3000 mm、宽900 mm 的菱形金属网，采用GD Ⅱ T 140/20 Q/YZK 030 钢带。锚索采用Ф21.6 mm×6000 mm 的1×7 股高强度低松弛预应力钢绞线，“二0 二”布置，间排距2400 mm×2000 mm，每根锚索配合使用2 卷CK2370和1 卷CK2350 树脂锚固剂，锚索初始张拉至200 kN。锚索托盘采用300 mm×300 mm×14 mm 高强度方形带拱托盘，配调心球垫。采用16#槽钢，长度2600 mm，与两根锚索组合成槽钢梁。

（2）两帮支护。实体煤侧巷帮采用规格为Ф18 mm×2000 mm 的左旋螺纹钢锚杆，间排距为1200 mm×800 mm，每排3 根锚杆；煤柱侧巷帮采用Ф18 mm×2000 mm 的左旋螺纹钢锚杆，间排距800 mm×800 mm，每排4 根锚杆。所有帮锚杆均垂直巷帮布置，上、下锚杆分别距顶、底板100 mm。每根帮锚杆配合使用1 卷CK2370 树脂锚固剂，锚固力不低于100 kN，预紧力不低于180 N·m。托盘采用100 mm×100 mm×10mm 正方形碗状钢托盘。

4 巷道围岩变形观测及分析

为了分析所提支护方案对巷道围岩的控制效果，在2北206 运输巷内布置测站，采用“十字布点法”对巷道围岩表面位移量进行观测和记录。分别选择正常段和过2北202 采空区段的1 组观测数据进行分析，不同区域巷道表面位移量如图4。

图4 不同区段巷道表面位移量

由图4 可知，在正常区段和过采空区段，巷道两帮移近量均显著大于顶底板移近量，且均在距迎头50 m 范围内呈先快速增大，在距迎头50～100 m范围内趋于稳定的变化趋势。在正常区段，巷道两帮最大移近量和顶底板最大移近量分别为100.81 mm 和31.06 mm；在过采空区段时，巷道两帮最大移近量和顶底板最大移近量分别为121.08 mm 和44.83 mm。由此可见，对正常区段巷道采用“锚网带”支护和对过采空区段巷道采用“锚网索带+槽钢梁+缩小锚杆间排距”加强支护可有效控制2北206 运输巷围岩变形。

5 结语

基于对2北206 运输巷留窄煤柱沿空掘巷巷道围岩结构及变形特征的分析，并结合2北202 工作面回采巷道支护经验，提出在正常区段采用“锚网带”支护方案，在过2北202 采空区段采用“锚网索带+槽钢梁+缩小锚杆间排距”加强支护方案。现场实测结果表明，针对巷道不同区段围岩特征采用不同的针对性支护方案后，巷道两帮和顶底板最大移近量分别121.08 mm 和44.83 mm，有效控制了巷道围岩变形。