汾源煤业公司5-102回风巷支护优化初探

（霍州煤电集团汾源煤业公司，山西 霍州 035100）

1 工程概况

汾源煤业公司5-102综放工作面回采煤层整体为单斜构造，煤层起伏变化较小，煤层平均厚5.3m，倾角23°～27°，构造情况简单，含有夹矸。煤层顶底板岩性见表1。5-102回风巷总设计长度780m，巷道断面为矩形，净高×净宽=2.9 m×4.2m，原支护采取锚杆支护配合W型钢带连接，顶板采用Φ16 mm×2000 mm的螺纹钢锚杆，锚杆间距设置为1000 mm，每排间隔1500 mm，无锚索；巷帮采用同种规格锚杆，相同间排距，每排布置3根。

掘进工作已经完成340m时，对巷道稳定后围岩变形量进行初步测量，测得巷道顶板下沉量在300～400 mm左右，巷道整体产生较为严重的变形，底臌现象明显，巷道两帮移近量达到400 mm以上。为此，必须通过查找巷道围岩变形量大的原因，采用新的支护方式，以确保回采时巷道可正常使用。

表1 顶底板岩性

2 巷道围岩破坏分析

2.1 巷道顶板

当巷道掘进至340m时，原支护巷道顶板发生严重变形，破裂，顶板岩层钻窥视见图1。

图1 巷道顶板岩层明显裂隙

从图中可以看出，煤层间有严重裂隙，甚至出现煤与煤，煤与岩层的分离现象，很可能造成顶板塌落。经分析，主要原因有：煤层上覆岩层较厚，但岩层岩性差异性较大，直接顶主要为泥岩，强度低；老顶岩层主要为砂岩，强度较高。围岩在矿压作用下，由于井下潮湿环境的影响，使得岩层不断发生分化潮解，导致顶板岩层的原生缝隙变大，同时由于巷道掘进作业，掘进机的工作使得顶板锚杆与岩层之间缝隙变大，岩层不断发生破裂，大量岩层碎片掉落；在原有支护下，顶板岩层与锚杆之间岩石会发生破碎[1]，使得锚杆与顶板之间产生缝隙，导致顶板锚杆锚固作用失效；另外，原方案没有考虑该巷道现场实际岩性与环境的影响，锚杆的锚固力不足，也是造成顶板岩层出现离层冒顶的主要原因。

2.2 巷道底板

现场巷道底鼓严重，对生产运输都造成了极大的影响，见图2。

图2 巷道底臌严重

造成底臌的重要原因是因为巷道直接底为泥岩，主要为高岭石。在巷道掘进期间，底板岩层会由于矿井水等影响，发生软化，体积膨胀，使得底板产生鼓起；同时在掘进机的影响下，底板岩层会加快破碎，产生大量的泥状物，不断堆积，也是造成底板鼓起的主要原因之一。

通过对5-102掘进巷道围岩破坏情况分析，认为造成巷道变形的主要原因是顶板围岩软弱，受掘进影响，产生破裂形变；底板围岩遇水膨胀，造成底板鼓起。基于上述原因，原支护方案需要进一步优化，才能使巷道满足正常生产要求。

3 支护优化

3.1 加密锚杆

在工作面煤层内部含有一层以泥岩为主的夹矸，受通风及潮湿环境的影响，极易发生破裂，造成煤层内部出现离层，破碎。因此针对煤层的夹矸现象，新支护方案采用“高强度锚杆+锚索+两帮底角锚杆+两底板锚杆”。即在巷道顶板增加两根锚索，加大对顶板岩层的锚固作用，锚索长度选取为8000 mm，使其可以贯通在煤层上部坚硬的岩层中，达到掘进巷的有效支护；锚杆选用规格为Φ16 mm×2000 mm的树脂锚杆，间排距为1000 mm×800 mm，每排布置6根，施加30 kN 预紧力。同时在夹矸突出的局部区域添加木板并实施挂网，金属网采用15 mm×15 mm的菱形金属网，阻止煤层内夹矸出现大量挤出情况[3]，影响正常施工作业。

3.2 喷浆护巷

针对5号煤层的顶板质软，受风化易潮解及吸水易膨胀等特点，决定对巷道表面进行喷浆处理，采用随掘随喷作业。

在进行喷浆作业前，需要先对预喷浆的巷道进行冲洗[4]，在喷浆时要遵循由外向里的喷浆顺序，先对巷道两帮进行喷浆，完成后再对巷道顶板进行喷浆工作。在喷浆拱基线以下要自上而下进行，在对顶板喷浆时，要自两帮向顶板中间进行。喷浆工作人员需要时刻保持喷枪与所需喷浆面处于垂直，且距喷浆面最好保持在0.8～1.2m，确保喷浆面平整，无空洞或凸起。

喷浆所用喷料配比为水泥：其他配料=1：4，随喷随添加速凝剂，所掺速凝剂的质量按照喷料中水泥质量的3%进行添加，水泥选用常用的325#硅酸盐水泥，砼标号为C15。在进行喷浆作业时，初次喷浆厚度为30 mm，待浆料凝固好后，再复喷70 mm，进行总厚为100 mm 喷浆加固。

喷浆机采用矿上现有的转子—Ⅱ型，在进行喷浆作业时，调整风压，保持在0.2～0.3MPa，水压维持在0.3～0.4MPa；同时为防止喷浆时出现浆料造成的管路堵塞，需要在加料前，对喷料进行过筛，防止直径过大的矸石进入到喷浆机内；在实际操作中，要根据现场情况，及时调整水量，压风量，保证水灰比准确，确保喷出的浆料符合喷浆标准；在完成区段内的喷浆作业后，要加强对喷砼的养护，应定时对喷浆面进行洒水，前7天内，洒水次数应保持在每日两次，之后每天需保养一次，确保喷浆后巷道保持湿润状态，养护期不得低于28天。

优化后的巷道支护方案见图3。

图3 掘进巷优化支护设计

4 效果分析

为检验围岩控制效果，决定选择100 m巷道进行实验监测，监测数据见图4。

图4 优化后巷道围岩变形量

由图4可知，巷道两帮在距离掘进面30m范围内，移近量在迅速增加，达到49 mm，随着远离掘进面，移近量开始变缓，最后逐渐稳定在73 mm；顶底板移近量在距离掘进面40 m后开始变缓，最后逐渐稳定在51 mm；实验段巷道围岩稳定、支护良好。

综上，采用支护优化方案后，巷道两帮及顶底板的变形均控制在允许范围内，能够满足巷道通风及行人的要求，虽然距掘进面较近处围岩变形较快，但是后期基本稳定在允许范围内，因此5-102掘进巷支护优化方案合理有效，能够保证巷道正常安全使用。

5 结语

针对汾源煤矿5-102回风巷掘进施工过程，通过对顶板岩层窥视，分析围岩破坏原因，提出改进支护方案。通过实践验证，得出如下结论：

1）5号煤层因顶板上覆岩层较厚、岩性差异较大；在掘进过程中岩层间的缝隙逐渐增大，导致原支护锚杆与顶板岩层间的岩石出现破碎掉落、锚杆失效或锚固力不足，极易造成顶板冒落。

2）由于巷道底板为软岩，在掘进过程中受矿井水等影响，软化吸水膨胀，底板鼓起；另外，在掘进机的扰动下，底板极易发生破裂，造成底板隆起。

3）通过对巷道围岩破坏分析，决定对100 m实验段巷道进行表面喷浆、增加支护密度等优化措施；跟踪监测表明，巷道顶底板移近量和两帮移近量在最终分别稳定在51 mm和73 mm左右，支护效果良好，完全可以满足矿井生产使用的需要。