樊海亮

（山西天地王坡煤业有限公司，山西 晋城 048021）

1 工程概况

王坡煤业3210 工作面位于矿井二采区，开采3号煤层，工作面北侧为4 条开拓大巷，南侧为井田边界，东、西侧为3208 和3212 采空区，中间留设20 m 保护煤柱，如图1。3 号煤厚平均5 m，平均倾角4°，平均埋深为550 m，煤层结构简单。直接顶为均厚3 m 的黑色泥岩，基本顶为均厚8 m 的砂岩，底板为均厚8.5 m 的粉砂岩。工作面采用放顶煤开采，割煤高度3 m，采放比为1:1.5，循环进尺为0.8 m。

3210 工作面两侧均已采空，在采空区残余支承应力影响下，巷道在生产服务期间容易承受较大的开采动压，加之工作面埋深较大，原岩应力水平较高，容易造成巷道围岩裂隙发育，造成局部煤岩体破碎，制约了3210 工作面回采工作的正常开展，需要针对3210 孤岛工作面破碎围岩巷道进行联合控制研究，以期解决工作面安全高效开采问题。

图1 3210 工作面位置图

2 孤岛工作面巷道变形破坏分析

孤岛工作面两侧存在采空区，在向前推进过程中，本工作面采空区也逐渐垮落，形成三面采空的围岩结构，其回采支承压力如图2。图中1 是工作面后方采空区支承应力、3 是工作面前方超前支承应力，2、4、5 均是采空区侧向支承应力。工作面不断向前推进，随着三面采空的空间逐渐加大，孤岛工作面会形成采空区覆岩支承结构。可以将孤岛面看成宽度较大的煤柱，形成的支撑结构由工作面上方的稳定块体A、巷道上方的铰接块体B 和采空区断裂块体C 组成。

图2 孤岛工作面回采支承压力分布

孤岛工作面开采后，顶板上方稳定块体A 会在应力扰动下向采空区和铰接岩块B 方向运动，破坏了原本形成的稳定结构，块体A 和块体B 均处在不断运动和不稳定状态下。铰接岩块B 平衡状态受到扰动后，向下旋转下沉的趋势更加明显，造成孤岛面应力集中现象十分突出。由于铰接岩块B 正处在孤岛工作面正上方，其控制巷道围岩应力表现为不均匀状态，当巷道围岩硬度较小或出现破碎状态时，巷道就不容易控制而出现大范围变形。因此，在孤岛面完全回采之前，上方岩层稳定性会保持一定的时效，采用合理的支护方式，保证这种围岩结构的稳定性，保持巷道不会出现大变形而无法使用是孤岛面回采的关键。

3 3210 工作面运输巷强力控制技术

3210 工作面运输巷断面为矩形，宽×高为5000 mm×3400 mm，沿煤层底板掘进。巷道原支护采用强力Ф22 mm×2400 mm 的螺纹钢锚杆，但巷道实际在采空区边缘掘进，虽然有巷间煤柱保护，但其承受的采空区残余支承应力和3210 超前支承应力的叠加影响还是十分剧烈。另外3 号煤层虽然抗压强度达到平均15.5 MPa，但由于煤体内软弱面较多，造成巷道围岩容易出现脆性破坏，两帮破碎难以维护。因此，对3210 工作面运输巷的控制思路应该是一方面加强巷道的整体承载力，另一方面需要控制煤壁的片帮脱落现象。

3.1 注浆锚索加固技术

矿井原先采用的注浆技术主要原料为水泥浆，需要施工深孔和浅孔进行不同形式注浆。虽然这种方式成本较低，但水泥浆液凝固时间较长，工序较复杂，适用于矿压显现较缓和区域。针对3210 工作面运输巷矿压显现剧烈的特征，在尽量减少注浆作业时间，保证注浆效果的基础上，优化采用注化学浆的方式，同时采用预应力全长锚索加强支护，最大限度地保证巷道稳定。

（1）帮部注浆方案

因为实体煤侧受到采动和原岩应力叠加的影响更显著，注浆孔布置在实体煤侧，排距3000 mm，每排布置2 个钻孔，其中第1 个钻孔布置在顶板下方500 mm 处，与水平方向成20°，第2 个钻孔布置在顶板下方1500 mm 处，水平布置，如图3（a）。注浆孔采用ZQS-65/2.5 防突钻机打孔，钻头直径取44 mm，钻孔深度设计为5000 mm，注浆压力为6～8 MPa。化学浆液采用尤卡尼加固材料，一次性全长注浆，每孔注浆量为100 kg。注浆完成后采用专用封口器封孔，封孔全部深度为4000 mm。

（2）全长注浆锚索加固方案

帮部化学注浆完成后，能够保证巷道帮部片帮脱落现象较少发生，要想增强巷道围岩与顶板上层位岩层的整体性，还需要进行全长注浆锚索加固。锚索设计采用SKP22-1/1860-8300 规格，沿巷道断面每排布置2 根，排距为1000 mm，其中1 根垂直顶板布置，距工作面侧巷帮500 mm，另1 根在工作面侧巷帮水平布置，距顶板50 mm，如图3（b）。锚索外露张拉段长度均为300 mm，帮部锚索采用ZQS-50/1.6 锚杆钻机打孔，钻头直径30 mm，顶部锚索采用MQT120 锚索钻机打孔，钻孔直径同样为3 mm。顶部和帮部的锚索锚固剂均为3 支树脂锚固剂，1 支规格为MSCKb2335，另2 支规格为MSZ2360。帮部锚索预紧力大于150 kN，顶部锚索预紧力大于250 kN。注浆浆液采用525#普通硅酸盐水泥加水玻璃，水灰比为0.7:1～1:1，水泥浆和水玻璃体积比为1:0.4～1:1，注浆压力不超过5 MPa。

（3）安全技术措施

巷道注浆过程中必须坚持敲帮问顶制度，钻眼应按照事先设计好的眼位进行打孔，注浆时认真观察压力表及巷道情况，严禁无压力控制注浆。按注浆参数造孔、制浆、注浆，钻孔尽量保持与巷道轮廓垂直，卸压放浆时严禁人员站立在卸压阀前。打眼注浆施工时，要在施工点两端各10 m 处设警示牌和专人看护。工程结束后，应做到工完、料尽、场地清。

3.2 工程应用效果分析

为了针对性地评价采用强力支护后3210 工作面运输巷的支护效果，在运输巷道轴向进尺50 m、100 m、150 m 处安装3 个测站，对3210 工作面运输巷整体巷道表面位移和锚索受力进行持续监测。位移监测方式为十字布点法，锚索受力监测方式为锚索测力计，监测时间为50 d。巷道顶底板移近量和两帮移近量如图4。

图4 巷道表面位移监测曲线

根据监测曲线，3210 工作面运输巷在前20 d范围内，围岩变形增长量最多，但围岩变化速率逐渐降低；20～40 d 范围内巷道变形量增加不明显，变化速率基本为0；40 d 之后围岩变形不再变化。巷道顶底板最大移近量为136 mm，两帮移近量最大为105 mm，巷道能够较长时间保持较小变化速率直至稳定，说明在孤岛工作面开采影响下巷道支护能够满足要求。从锚索受力监测结果看，监测开始3 d 内锚索预紧力均有小于10 kN 的下降，这是由于注浆后微小裂隙并未完全充实凝固导致，之后监测周期内锚索受力逐渐增加，最终均保持在150～160 kN 的稳定范围，未出现断裂失效现象。

4 结论

孤岛工作面在实际开采过程中容易受到本工作面超前支承应力影响和已采空工作面侧向支承应力影响，造成巷道在应力叠加影响下极易破碎变形。3210 工作面运输巷维护要求较高，设计采用帮部注浆和全长注浆锚索加固技术进行巷道围岩控制。工程实践表明，实施强力支护方案后运输巷围岩变形与锚索受力均保持在稳定范围内，能够达到孤岛工作面生产服务要求。