程如春

（山西焦煤西山煤电晋兴能源公司斜沟煤矿，山西 兴县 033699）

引言

随着煤炭资源的大规模开采利用，东部及中部地区浅层煤炭资源基本回采殆尽，已进入深部开采，西部煤炭采深逐年增加[1]。随着深度增加，煤炭开采受到地质条件、地应力及矿压显现等不利因素的影响更为明显，采场及巷道顶板控制难度不断增加[2-3]。为此，众多研究学者对矿井回采巷道顶板控制展开研究，但是多集中在围岩支护方式，对回采巷道超前支护优化方面研究较少[4]。现阶段矿井回采巷道支护多采用单体支柱、工字钢组成的迈步抬棚，也存在支护强度低及支护材料消耗量大等问题[5]。为此，本文以山西某矿3701综放工作面为研究对象，对回采巷道支护参数进行优化。

1 工程概况

3701综放工作面回采的7号煤层埋深平均在460 m，采面设计走向推进距离1 205 m、倾向斜长156 m，回采的煤层厚度5.5 m，赋存稳定，倾角6°，采放比为1∶1。7号煤层直接顶为细砂岩，厚度10.5 m、硬度7；老顶为中砂岩，厚度11.3 m、硬度8；直接底为砂质泥岩、泥岩互层，厚度3.5 m、硬度3.5。

3701综放工作面回采巷道支护超前支护范围为采面前方20 m，采用单体、铰接梁按照“一梁三柱”支护，同时使用半圆木及工字钢对超前支护体系进行补强加固，在每根铰接钢梁上布置2根半圆木（长度3.0 m），以提高顶板支护效果。

2 回采巷道超前支护存在问题

1）受到3701综放工作面采高大、回采动压影响范围大及动压显现明显等因素影响，回采巷道围岩变形量相对较大，超前支护体系整体受力较大，部分铰接梁由于错动而失去对顶板的承载作用。

2）由铰接梁及单体支柱构成的超前支护体系，存在支护强度低、支护材料使用量大及回收困难等问题，特别是在采面基本顶垮落来压期间，超前支护段顶板下沉量大，难以起到较好的围岩控制效果。

3）在超前支护段铰接梁上增加半圆木，对顶板进行强化支护，在转载机位置受支护面积及跨距大等因素影响，顶板支护强度相对较低，在采面来压期间半圆木容易断裂。

4）安全通道使用工字钢作为单体底梁，在对单体回撤时底梁容易出现弯折或者翘起等问题，给采面超前支护段正常使用带来不利影响。

3 超前支护段支护参数优化

基于以往研究成果，在充分利用现有超前支护体系的基础上提出：对巷道超前加固段使用注浆锚索对顶板进行补强加固；巷帮采用树脂锚杆、柔性纤维网进行补强支护，以确保3701综放工作面超前支护段围岩变形在允许范围内，满足煤炭安全、高效回采需要。具体超前支护参数优化设计如下：

3.1 顶板注浆锚索布置

在采面超前支护段采用Φ21.6 mm×5 000 mm中空注浆锚索（1×8股）进行补强加固。锚索布置在铰接梁中间并按照1 800 mm×2 000 mm间排距施工，每排布置3根锚索。顶端采用2支CK2355锚固剂锚固后给锚索施加200 kN预紧力。

3.2 巷帮补强加固

在巷板采用3根玻璃钢锚杆（规格为Φ18 mm×2 000 mm）、钢带（BHW-300-3×400 mm）进行支护，锚杆均按照1 000 mm×1 000 mm间排距布置。端头采用2支2335型锚固剂锚固。在巷帮挂柔性纤维网。具体超前支护段顶板注浆锚索、巷帮玻璃钢锚杆布置如下页图1所示。

图1 超前支护段强化支护示意图（单位：mm）

4 超前支护段巷道支护效果

围岩变形是衡量超前支护段围岩控制效果最为直观的一个指标，在巷道超前支护段布置测点对巷帮及顶板变形量进行监测，并对监测数据进行整理分析，具体监测结果如图2所示。

图2 超前支护段围岩变形量监测结果

从图2可看出，巷帮及顶板变形量随着测点与采面间距不断缩小呈逐渐增加趋势，表明采动动压是影响超前巷道围岩变形量的主要因素。在测点与采面相距50 m时，顶板及巷帮变形量分别为5 mm、3 mm；测点与采面间距缩小至5 m时，顶板及巷帮变形量增加至144 mm、170 mm，虽然变形量明显增加，但是整体变形量仍较小。支护使用的铰接顶梁及单体支柱等均未出现明显变形。由此表明，本文所提及的超前支护优化技术可满足3701综放工作面回采巷道超前支护需要。

5 结论

1）受回采巷道超前支护强度低、采面采动动压显现明显等因素影响，3701综放工作面回采巷道超前支护段原采用的“单体支柱+铰接梁”方式围岩控制效果不佳，导致巷道围岩变形量较大，不仅需要安排人员对巷道进行修整，而且给采面煤炭正常回采带来一定影响。

2）对采面回采巷道超前支护段支护参数进行优化，具体是通过注浆锚索提高巷道顶板强度及稳定性，采用玻璃钢锚杆强化巷帮支护。经现场实际应用后，超前支护段顶板、巷帮最大变形量分别控制在144 mm、170 mm以内，有效降低了采动动压影响，并控制了巷道围岩变形量。