4316 工作面复用巷道支护技术研究

孟小朋

（山西晋城无烟煤矿业集团有限责任公司成庄矿，山西 晋城 048021）

我国煤矿主要为井工开采，巷道的围岩稳定[1-2]是保证矿井安全开采的重要保证。由于煤矿地质条件复杂、构造发育，加之强烈采动影响，增大了巷道的围岩控制难度，复杂地质条件的巷道支护技术也是广大工程技术人员的重点攻关方向[3-4]。本文以成庄矿43162 巷为背景，结合生产实践经验，分析了厚煤层复杂地质条件复用巷道支护技术，可为同类矿井提供借鉴。

1 工程概况

成庄矿4316 工作面为大采高工作面，开采3号煤层，煤层平均厚5.7 m，煤层倾角在2°～12°之间，平均为6°。煤层直接顶和基本顶均为砂质泥岩，局部夹薄层细砂岩，致密完整，厚度22.53 m，普氏硬度f=2.1，属中等不稳定顶板；煤层直接底为细砂岩，厚1.9 m，含泥质较高；基本底为砂质泥岩，厚2.8 m。4316 工作面在四盘区盘区大巷以北，4312 工作面以西，5305 和5307 工作面以南，工作面布置如图1。43162 巷位于43163 和43164 巷之间，与两巷之间的煤柱净宽均为45 m。43162 巷为4316 工作面回风巷，为复用巷道，在4316 工作面回采完毕后还需要为下个工作面服务。巷道沿煤层顶板掘进，为矩形断面，掘宽5.0 m，掘高4 m，长2 194.871 m。根据三维地震勘探资料显示，43162巷在掘进过程中会揭露KDX112 陷落柱和KDF60正断层。

图1 工作面布置图

2 巷道支护方案

根据以往工作面回采经验，工作面回采时，受工作面动压影响，顶板砂质泥岩会产生裂隙，顶板上部细砂岩含水会沿着顶板裂隙下渗至工作面，从而造成顶板淋水产生，弱化巷道顶板，并腐蚀锚杆索支护系统，导致巷道支护强度降低，围岩变形增大。43162 巷直接顶和基本顶均为砂质泥岩，稳定性低，且该巷道为复用巷道，需经历两次动压影响，服务时间长，解决采动压力和砂岩水对巷道顶板安全的影响，对保证矿井安全生产具有重要意义。

为了保证43162 巷在服务期间的围岩稳定和顶板安全，在提高巷道锚杆索支护强度的同时，还需重点解决因巷道顶板淋水腐蚀支护系统，造成巷道支护效果差的问题。需从提高巷道支护强度，封堵围岩裂隙控制巷道顶板淋水的角度出发，解决巷道支护的问题。

2.1 掘进期间锚杆索支护

针对上述问题，在巷道掘进后首先应采用高强锚杆对巷道进行加强支护（如图2），参数如下。

（1）顶板支护

顶板锚杆采用500 号钢材的高强度左旋无纵筋螺纹钢锚杆，直径22 mm，长2400 mm，每排5 根锚杆，间距为1050 mm，排距为1000 mm，两边锚杆距巷帮各400 mm，垂直顶板打设；锚杆采用一支MSK2335 和一支MSZ2360 锚固剂的加长锚固，锚固力为150 kN，预紧力矩为400 N·m；采用W钢带连接，规格为BHW-280-4-4500；采用10 号铁丝编制的规格为5500 mm×1200 mm 金属菱形网护表，网孔50 mm×50 mm。顶板锚索为高强度低松弛预应力钢绞线，规格为SKP22-1/1720×7400；采用“2-0-2”形式布置，锚索间距为2000 mm，距巷帮均为1500 mm，垂直顶板打设；采用一支MSK2335 和两支MSZ2360 锚固剂锚固，预紧力为250 kN。

（2）巷帮支护

巷帮同样采用500 号钢材的高强度左旋无纵筋螺纹钢锚杆，直径22 mm，长2400 mm，每排4 根锚杆，间距和排距均为1000 mm，上部一根距顶板500 mm，下部一根距底板500 mm，均垂直巷帮打设；锚固方式、锚固力和预紧力距均和顶板保持一致；采用规格为4000 mm×1200 mm 金属菱形网护表，网孔50 mm×50 mm。

图2 锚杆索支护图

2.2 回采期间锚索补强支护

由于43162 巷为二次复用巷道，需经历两次动压影响，因此为保证巷道稳定，在首个工作面回采前需采用锚索对巷道顶板进行补强。具体为超前工作面不少于300 m，采用同规格SKP22-1/1720×7400 锚索对顶板补强，补强锚索布置形式为“3-0-3”，与原顶板锚索间隔布置。补强后顶板锚索呈“3-2-3”，补强锚索间距为1500 m，两边两根锚索均距巷道1000 mm，锚索锚固方式及预紧力均与原顶板锚索支护保持一致。

2.3 巷道围岩裂隙封堵

根据成庄矿以往生产经验，回采巷道经历采动影响后围岩裂隙发育，特别是在构造区域极易引起顶板淋水，因此需对构造影响区巷道围岩裂隙进行封堵。结合工作面采动应力分布特征，为提高巷道围岩裂隙封堵效果，采用两次注浆的方式，对巷道围岩裂隙进行注浆封堵，同时可提高巷道围岩强度。

（1）超前一次封堵

根据工作面采动超前支承压力分布特点，其前方存在应力降低区和应力升高区。结合岩石应力应变曲线可知，受工作面采动影响，工作面前方煤岩体由原岩应力状态逐步进入超前应力升高区，煤岩体裂隙逐步扩展增加，此时煤岩体处于塑性状态，并未破坏，仍具有较高的承载能力，此时对巷道围岩体进行注浆封堵，不仅能够封堵围岩裂隙，防止顶板砂岩水的渗入，而且有助于提高围岩的承载能力，从而提高巷道的稳定性。因此在巷道工作面前方施工注浆钻孔，并在距工作面20～40 m 时进行注浆封堵施工。

钻孔布置参数：在巷道两帮布置注浆封堵钻孔，分上下两排，采用“三花”布置，上排钻孔距顶板1000 mm，下排钻孔距顶板2500mm；每排之间钻孔间距为3000 mm，交错布置；钻孔深度为8 m，水平垂直巷帮施工。由于地质构造影响，巷道顶板极易出现淋水，在巷帮注浆封堵的基础上，还需对巷道顶板进行注浆封堵。巷道顶板钻孔为每排两个，间距2500 mm，排距3000 mm；两个钻孔各距巷帮1250 mm；钻孔沿巷道轴向布置，倾向工作面后方，仰角不小于75°；钻孔深度为8 m。具体如图3。

图3 一次注浆加固钻孔布置图

（2）滞后二次加固

工作面回采过后，上覆顶板仍要经历剧烈的运动，对工作面后方巷道产生很大的影响，围岩会出现二次破坏。因此需在工作面后方对巷道围岩进行二次注浆加固，强化围岩的承载能力。加固仅在巷道两帮布置注浆加固钻孔，钻孔布置参数同一次注浆封堵，同样呈“三花”布置，分上下两排，与一次注浆封堵钻孔交错布置，共同呈现矩形布置形式。二次注浆加固钻孔布置图如图4。

图4 二次注浆加固钻孔布置图

3 应用效果

43162 巷在整个服务期间持续进行了巷道围岩变形观测，正常区域巷道围岩变形量不大。在构造影响区巷道经顶板锚索补强和围岩注浆后，一次采动压力影响期间巷道整体变形量可控，顶板最大下沉量小于260 mm，两帮最大移近量小于380 mm；二次采动压力影响期间，巷道超前支护段两帮移近量较大，但未超过470 mm，能够满足巷道安全使用。经注浆后，巷道围岩裂隙得到有效封堵，在整个巷道服务期间，构造区巷道顶板淋水较小，仅出现间歇性滴水现象。可见采用顶板加强支护和二次注浆封堵加固后，巷道围岩裂隙得到充填，围岩整体性提高，巷道围岩变形得到有效控制，保证了复用巷道的安全使用。

4 结论

（1）回采巷道在工作面采动应力影响下，巷道裂隙扩张，特别是在构造影响区，极易导致顶板裂隙水和砂岩水渗入巷道，不仅弱化顶板，而且会腐蚀巷道支护系统，导致巷道支护强度降低，围岩变形增大，使得巷道围岩支护难度剧增，是造成复用巷道失稳的主要因素。

（2）43162 巷采用顶板锚索补强、超前一次注浆封堵和滞后二次注浆加固的巷道支护技术后，构造影响区巷道围岩变形量得到有效控制，顶板淋水得到有效改善，保证了巷道服务期间的安全使用。