小窑破坏区下破碎围岩巷道动态支护技术研究

武汇集

（汾西矿业集团高阳煤矿，山西 孝义 032300）

小煤窑受开采技术以及设备落后等因素制约，往往开采赋存条件相对较好的浅部煤层，不仅存在煤炭资源浪费问题而且对下部区域煤层资源开采带来一定影响[1-2]。小煤窑开采采空区分布范围不规则，当下部区域在小煤窑破坏区内开采时往往面临上覆岩层裂隙发育、围岩控制困难问题[3-5]。部分研究学者提出采用物探、钻探方式方式对小煤窑破坏区分布范围进行探测，根据掘进巷道与小煤窑破坏区间位置、围岩结构等差异，提出不同的围岩支护方案对小煤窑破坏区影响区进行加固及支护；针对小煤窑采空区存在煤柱应力集中问题，采用深孔爆破方式卸压，从而降低应力给下覆煤层巷道掘进影响[6-8]。山西某矿8305回采巷道位于小煤窑开采破坏区下，在分析巷道围岩特征基础上，提出采用锚网索+架棚方式对围岩进行动态支护，为巷道正常使用创造了良好条件。

1 工程概况

山西某矿为资源整合矿井，矿井现阶段开采的8号煤层埋深平均320 m，顶板直接顶为石灰岩、细砂岩岩，伪顶为泥岩、厚度介于0.0~0.5 m，底板以泥岩为主，煤层结构简单。8号煤层厚度均值6.2 m，上分层被小煤窑开采，采高为2.0 m，下分层有4.2 m厚煤层未采。8305工作面开采8号煤层，开采部分位于小煤窑破坏区，其中破坏区主要集中在回风巷区域，由于8号煤层上分层开采时间长、煤柱间顶板可能存在垮落问题。在8305回风巷掘进过程中施工超前探测钻孔对前方煤层厚度、完整性等进行探测，并依据煤层顶板垮落破坏程度将顶板分为实体煤区、未垮落区以及垮落区，具体见图1所示。

图1 8305回风巷顶板岩层形态

2 围岩支护技术

2.1 支护方式选择

具体巷道方式选择时依据“分区支护”、“支护结构强化”、“及时主动支护”等原则并结合8305回风巷顶板破碎特点，提出采用分区动态联合支护方式，具体为当掘进巷道顶板为实体煤且较为完整时，采用锚网索支护工艺对围岩进行控制；当巷道顶板上覆为未垮落区或者垮落区时，顶板受到小煤窑开采破坏明显，锚杆索难以有效控制顶板变形，为此提出采用架棚对围岩进行控制；若顶板较为破碎时则采用局部注浆方式提高顶板稳定性以及强度。具体巷道分布动态支护设计参数如表1所示。

表1 巷道分布动态支护设计参数

2.2 支护方案设计

2.2.1 锚网索支护

当8305回风巷顶板为实体煤时且顶板完整性较好时，可采用锚网索方式对围岩进行控制，具体支护设计如图2所示。

图2 锚网索支护断面图（mm）

巷道顶板以及煤柱帮均采用螺纹钢锚杆，锚杆直径均Φ22 mm，顶锚杆长2 600 mm、煤柱帮锚杆长2 400 mm；采面帮使用玻璃钢锚杆，规格为Φ22 mm×2 400 mm。围岩支护使用的锚杆间距、排距均为800 mm。支护采用的锚索为钢绞线，规格Φ17.8 mm×6 800 mm，间排距2 000 mm×1 600 mm。顶板以及煤柱帮采用金属网片，回采巷采用塑料网片。

2.2.2 架棚支护

当8305回风巷位于小煤窑破坏区下方掘进时，采用架棚方式控制围岩，具体支护断面见图3所示。

图3 架棚支护断面图（mm）

架棚采用11号工字钢，使用的顶梁、棚腿长度分别为4 800 mm、3 380 mm，棚距设计为600 mm。两个架棚间采用Φ20 mm圆钢拉杆固定，拉板布置在距离底板1.5 m位置。在顶板以及巷帮采用金属网提高支护强度，采回采帮使用塑料网片（尼龙网）。

2.2.3 注浆加固

8号煤层上分层存在小煤窑破坏区，导致8305回风巷顶板结构较为复杂，当巷道掘进遇到顶板破碎严重区域时，围岩控制难度较高。针对此种情况，可采用架木垛、充填加固等方式支护围岩。

当8305回风巷掘进通过顶板破碎区时，可通过注浆钻孔向顶板破碎区注入马丽散加固，具体钻孔布置见图4所示。在巷道顶板布置3个孔径42 mm注浆孔，根据马丽散在裂隙内扩散特征以及注浆浆液有效扩散半径，确定注浆孔走向间隔为1.2 m，具体注浆深度应依据现场条件确定。注浆压力设计为2~3 MPa，并依据现场注浆效果调整注浆压力，当发现出现大面积漏浆时应立即停止注浆或者更换注浆孔。

图4 注浆钻孔布置示意图

2.3 围岩支护效果分析

当8305回风巷顶板为实体煤时，采用锚网索可实现围岩变形有效控制，现场监测顶底板以及巷帮最大变形量分别为138 mm、98 mm，围岩控制效果较好。当巷道掘进至小煤窑破坏影响区时，巷道采用架棚方式支护围岩，并进行针对性注浆加固，具体支护完成后监测得到围岩变形见图5所示。

图5 围岩变形监测曲线

从图5看出，在小煤窑破坏区内8305回风巷围岩在支护完成50 d后即趋于稳定，其中监测到顶底板最大下沉量为307 mm、巷帮收敛量为196 mm，围岩变形整体较小，同时架棚未出现明显变形。

3 结论

8305回风巷掘进时部分区域受到小煤窑开采破坏区影响，存在顶板破碎、围岩控制困难等问题，文中依据巷道围岩破坏特提出采用分区动态支护技术对8305回风巷围岩进行控制，当8305回风巷顶板为实体煤且岩层稳定时，采用锚网索工艺对围岩进行控制；当8305回风巷顶板位于小煤窑开采破坏区时，采用架棚、辅助注浆方式支护围岩。

根据8305回风巷围岩实际条件，对支护方案进行设计，并进行工程应用。巷道在小煤窑破坏影响区内掘进时，围岩变形量50 d内即趋于稳定，其中顶板下沉量为307 mm、巷帮收敛量为196 mm，架棚未有明显变形。