柳 嵩

(山西中煤华晋能源有限责任公司，山西 运城 043300)

0 引言

开采孤岛工作面时，工作面两巷的稳定性直接关系到整个孤岛面回采安全。巷道支护参数不合理，不仅会造成资源浪费、成本增加，更有可能导致孤岛面发生安全事故。针对工作面巷道支护形式及支护参数，国内外学者进行了大量的研究。苏红伟等研究了常村煤矿21072孤岛面支承压力影响因素，得出了锚网支护优化结果，为工作面高产高效创造了技术条件[1]；赵建峰等研究了平煤一矿戊9-23010采煤工作面回采巷道应力分布特征，提出具有针对性的“锚杆+锚索+金属网+喷浆+U型钢拱支架”综合支护方案并取得了良好的现场效果[2]；曾庆科等研究了许楼矿井311工作面回采巷道锚网索联合支护及加固机理，成功解决了孤岛面回采巷道支护难题[3]；郭忠平等研究了软弱围岩条件下孤岛面巷道变形特征并针对该条件提出了新的支护方案，解决了巷道变形严重的问题[4]。针对韩咀煤矿2#煤层孤岛工作面回采巷道变形破坏严重、不易控制的问题，对巷道支护及超前支护方式进行了设计优化，达到了保证工作面正常生产的预期效果。

1 工程概况

韩咀煤矿32211工作面整体为一单斜构造，局部为背斜、向斜构造，背斜走向NW，向斜走向NE，煤层倾角3°～7°，平均5°，为近水平煤层。工作面走向长度1 195 m，倾向长度296 m，煤层硬度为3～6，赋存状态较稳定，无明显变化特征。位于32213工作面采空区以南，32209工作面采空区以北，井田边界以东，高速公路保安煤柱以西。工作面标高在+851～+895 m，地面标高+1 095～+1 225 m。32211工作面在回采期间受相邻32209工作面、32213工作面采空区残余支承压力影响。

32211工作面煤层顶底板特征见表1，工作面断层构造情况见表2。

表1 工作面顶底板特征一览表

表2 工作面断层构造一览表

2 巷道支护设计原则

孤岛工作面开采状态下，顶板运动不同于常规工作面，顶板结构运动简图如图1所示。两侧工作面回采之后，采空区逐渐垮落形成关键块C，孤岛工作面开采过程中，顶板会重新运动断裂形成关键块B，而关键块B的旋转下沉是导致孤岛工作面压力显现剧烈的重要因素。因此，在孤岛工作面向前推进过程中，保证关键块B的相对稳定性使其在工作面推进之后垮落，是保持孤岛工作面开采的重要途径。要实现这一目的，需要人为加强孤岛面回采巷道的强度以改善开采环境。

根据对孤岛面顶板结构的分析，确定采用巷道锚杆(索)支护的方式对回采巷道围岩进行加强控制。巷道支护设计涉及巷道空间位置、巷道断面的形状、围岩力学强度等诸多因素，支护设计时应避免造成对正常回采工作的影响，同时做到用最少的材料达到最大的支护效果。

3 巷道支护方案设计

3.1 巷道一般支护方式

图1 孤岛面顶板结构运动简图

根据32211孤岛面开采实践，确定的工作面回采巷道断面特征见表3。其中322111巷用作工作面的运煤、回风、行人、正巷材料运输等任务，322112巷用作工作面的进风、行人、副巷材料运输等任务，开切眼用作工作面“三机”配套安装。

根据工作面两巷及开切眼的形状及用途，设计的巷道断面支护如图2所示。

表3 工作面回采巷道断面特征

a-322111巷；b-322112巷；c-开切眼图2 巷道断面支护设计

工作面322111巷支护设计：322111巷支护方式采用锚网梁+锚索支护，支护形式为：顶部锚杆规格尺寸为φ20 mm×2 500 mm，间排距设计为920 mm×800 mm，巷道两肩锚杆与两侧相距200 mm，与竖直方向呈15°向上打设，顶部锚索规格尺寸为φ18.9 mm×7 000 mm，间排距设计为1 500 mm×1 600 mm，从巷道中心线全部垂直顶板向两侧打设；两帮部锚杆规格尺寸为φ16 mm×1 500 mm，间排距设计为1 200 mm×800 mm，上部巷肩处锚杆与水平方向呈15°向上打设，下部距底板600 mm开始安装锚杆；巷道整体锚网采用12#铅丝菱形金属网，梯子梁规格选用14#钢筋。

工作面322112巷支护设计：322112巷支护方式采用锚网梁+锚索支护，支护形式为：顶部锚杆规格尺寸为φ20 mm×2 500 mm，间排距设计为880 mm×1 000 mm，巷道两肩锚杆与两侧相距200 mm，与竖直方向呈15°向上打设，顶部锚索规格尺寸为φ18.9 mm×7 000 mm，间排距设计为2 000 mm×3 000 mm，以巷道中心线为界对称分布；两帮部锚杆规格尺寸为φ18 mm×2 000 mm，间排距设计为870 mm×800 mm，上部巷肩处锚杆与水平方向呈15°向上打设，下部距底板390 mm开始安装锚杆；巷道整体锚网采用12#铅丝菱形金属网，梯子梁规格选用14#钢筋。

工作面开切眼支护设计：工作面开切眼支护方式同样采用锚网梁+锚索支护，支护形式为：未扩刷前，整体支护参数与10-2111巷基本相同，仅将帮锚杆规格尺寸更改为φ18 mm×2 000 mm；断面扩刷之后，在扩刷区域顶板增加3根锚杆一根锚索，锚杆间距设计为800 mm，新增锚索距相邻锚索距离为1 500 mm，帮部锚杆布置间排距不变，锚杆(索)规格尺寸与原始设计相同。

3.2 巷道超前支护方式

工作面进入正常回采阶段后，超前支承压力会影响工作面前方一定范围煤体，导致工作面前方一定范围的巷道出现围岩破坏严重、支护困难的现象。为防止在超前支承压力影响范围内的巷道受到影响，一般均采取超前支护的方式进行加强支护。根据10#煤层相似工作面开采过程中的矿压显现特征，设计的超前支护方式布置如图3所示。

工作面端头支护：工作面上下端头位置处于“T”型交叉区域，巷道压力显现剧烈，端头支护仅采取单体支柱达不到支护强度且易干扰设备运行，因此选择合适的端头支架是保证工作面安全回采的重要措施之一。工作面上下端头采用4架ZY10000/20/42型过渡支架，过渡支架与巷道煤壁间采用单体液压支柱配合1.0 m金属π梁支撑，根据支架与煤壁间的距离确定单体支柱的数量及布置方式，金属π梁和单体支柱必须采用自制铁链与顶锚网梁联接。

工作面超前支护：工作面两巷超前支护范围均为20 m，其中工作面侧、煤柱侧单体支柱支设范围均支护达到20 m。单体液压支柱选取的型号为DW-28(DW-32、DW-36)，配合尺寸为1.0 m金属π梁架设安装。单体支柱的柱间距为1 m，行人侧单体支柱距巷帮0.8 m，非行人侧单体支柱距巷帮0.5 m。单体液压支柱的初撑力保持在11.5 MPa以上，金属π梁两端和单体支柱必须采用自制铁链与顶锚网梁联接，单体支柱全部使用硬联接。

支护工作要求：①单体液压支柱必须成直线布置，直线度偏差小于±10 mm，且迎山有力；②单体液压支柱必须挂好防倒链，避免因支柱倾倒顶梁掉落而发生事故，其防倒绳全部与顶板相连接；③在底板较软区域，支柱钻底量当大于100 mm，单体支柱必须穿柱靴安放，并确定接触底板不会再次产生下沉现象；④巷道超前支护段以及工作面端头支护段单体液压支柱初撑力不小于11.5 MPa；⑤单体液压支柱的三用阀注液口方向全部向采空区方向布置；⑥巷道超前支护范围内保证无浮煤、杂物和淤泥积水，设备摆放整齐，防治因各种人为因素导致危险的发生；⑦及时对卸压支柱或损坏支柱进行更换，保证巷道支护强度不减；⑧更换后的单体支柱放在超前支护范围以外且支护完好的地点，必须摆放整齐并挂设好标志牌。

图3 孤岛工作面开挖前矿压分布情况

4 结语

通过对韩咀煤矿32211孤岛工作面回采巷道的支护研究，分析了孤岛工作面回采条件下的常规支护形式和超前支护形式，设计了不同支护形式的支护参数，优化后的设计控制了巷道围岩的大范围变形，保持了巷道围岩的稳定性，增强了巷道围岩的强度，确保了工作面正常回采，对其他相似条件下的巷道支护设计具有重要借鉴作用。