路红日

(潞安化工集团 温庄煤业，山西 长治 046300)

1 工程概况

温庄煤业15106工作面为15号煤回采工作面，该煤层位于太原组一段中上部，根据工作面附近ZK4-1煤层结构2.55(0.25)2.10，煤层厚度平均为4.65 m，工作面推进方向距开切眼约400 m处存在1条平行腰巷。15106腰巷为矩形，巷道宽为4.7 m，高为3.6 m.15106工作面与腰巷平行(腰巷与15106运输巷、回风巷垂直)，巷道全长214.6 m，其在15106工作面位置见图1(a).掘腰巷期间采用的是锚索+锚杆+钢筋网联合支护，且在特殊地段采用锚索补强支护。

1) 顶板支护：选用MSGLW-500/22×2 400 mm螺纹钢锚杆，托盘选用150 mm×150 mm×10 mm碟形钢托盘，锚固剂采用1支CK2360型树脂锚固剂，每根锚杆使用1卷；间排距0.85 m×1.0 mm.锚索选用D18.9 mm×8 300 mm钢绞线，每根锚索使用1卷CK2360锚固剂和1卷K2360锚固剂，锚索托盘为300 mm×300 mm的碟形钢托盘，托盘厚度为14 mm，锚索间排距为2.0 m×2.0 m.

2) 两帮锚杆规格MSGLW-500/22×2 000 mm螺纹钢锚杆，间排距1.0 m.支护断面如图1(b)所示。

图1 腰巷位置及原支护

工作面回采期间邻近及通过腰巷区域期间，液压支架载荷增大，易发生压架事故，工作面煤壁片帮、顶板冒顶风险增大，腰巷易发生严重变形失稳破坏问题。综合运用数值模拟、工程类比与现场工业性试验的方法，研究温庄煤矿15106工作面过腰巷技术方案，分析了工作面推进距腰巷不同位置时，15106腰巷位移分布特征，设计合理有效的过腰巷加固技术和方案，确保工作面安全快速地通过腰巷区域，保障安全、高效开采。

2 15106工作面回采对腰巷的影响

为研究综采工作面过腰巷煤壁片帮和顶板垮落等围岩变形特征及主要影响因素，根据温庄煤矿15106工作面过腰巷的现场试验条件，采用离散元数值分析软件 UDEC，建立二维平面数值计算模型。数值模型矩形边界尺寸长、高分别为200 m、50 m，模拟方案为综采工作面推进至距离腰巷 25 m、20 m、15 m、13 m 和 10 m 时的腰巷围岩表面变形和塑性区的变化规律，数值模拟结果如图 2 所示。

图2 工作面推进过程中煤柱及腰巷围岩塑性区破坏示意

从图 2可以看出，随着工作面推进，腰巷围岩塑性区变化规律如下：

1) 工作面在距腰巷 25～20 m 时，煤壁内塑性破坏深度范围为3～7 m，塑性破坏范围较小，可认为此时腰巷还未受到明显的回采扰动影响；而当工作面推进至距腰巷15 m时，工作面煤壁前方塑性破坏范围无明显变化，腰巷顶板和两帮塑性破坏范围均开始增大，这表明在工作面推进至距腰巷15 m范围内，区域围岩受到明显采动影响。

2) 在工作面与腰巷距离由15 m减小为10 m期间，腰巷围岩塑性破坏深度和范围均增大，其破坏高度依次为 3.5 m、4.5 m 和5 m，这表明从距腰巷15 m推进至10 m的过程中，采动影响对顶板破坏范围影响逐渐增大，而推进距腰巷10 m 时，煤柱出现较为明显的破坏。

3) 随着工作面与腰巷间煤柱距离的减小，煤柱塑性破坏区范围逐渐增加，煤柱宽度从15 m减小为13 m 时，腰巷煤帮塑性破坏深度由1.5 m增至2.8 m，采场煤壁影响塑性破坏区和腰巷塑性破坏区临近汇合，仅剩下煤体中部小部分弹性核区；工作面与腰巷间煤柱宽度减小为10 m时，煤柱基本处于塑性破坏状态。

由此说明，工作面过空巷期间，随着与空巷距离的减小，工作面发生压架、端面冒顶的概率显著增大，影响工作面的安全高效生产，空巷围岩也将失稳垮落，导致工作面无法通过空巷区域，因此必须采取可靠的加固措施，既能防止空巷围岩失稳又能保证工作面载荷不会过大。

3 木垛支护下腰巷围岩稳定性模拟研究

参考类似地质条件下综采工作面过空巷的相关案例，设计采用木垛支护方式对15106腰巷进行加固。木垛使用150 mm×180 mm×1 500 mm道木进行打设，木垛规格3 m×3 m×3.6 m，木垛间距3 m.在腰巷口20 m范围内，木垛打设为实体木垛。实体木垛每层使用150 mm×180 mm×1 500 mm道木40根，共20层。每个实体木垛使用150 mm×180 mm×1 500 mm的道木800根，共需打设11个实体木垛。腰巷内打设为井字木垛：井字木垛每层使用150 mm×180 mm×1 500 mm的道木32根，共20层，共需打设井字木垛26个。木垛布置详情如图3所示。

图3 木垛支护示意(mm)

为验证腰巷采用木垛加固的效果，以15106工作面生产地质条件为依据，采用FLAC软件建立三维模型，模型中腰巷采用锚网索+木垛联合支护，模型计算时采用应变软化模型，根据数值模拟结果得到腰巷顶板下沉量随着与回采面距离的变化曲线，如图4所示。可以看出，工作面距腰巷间煤柱小于10 m期间，腰巷顶板的下沉速度明显加快。这是由于煤柱的受力加大，导致顶板持续下沉，下沉增幅达到495 mm，巷道整体变形量在可控范围内。由此可知，采用木垛加固措施可实现工作面顺利通过腰巷。

图4 腰巷顶板下沉量模拟曲线图

4 应用效果综合评价

4.1 液压支架载荷变化

15106回采工作面中间为ZY7000/25/50型液压支架，端头(尾)为ZYG8000/25/50型液压支架，采用YHY-604液压支架测力仪监测支架受力情况，工作面中部及端头、端尾支架额定工作阻力均为50 kN，过空巷期间，工作面中部51～56号支架载荷相对较高，56号支架最大载荷为50 MPa，其余所有支架载荷均小于50 MPa，由此说明，工作面过空巷期间，支架载荷未过度增大，木垛加固效果较好。

4.2 工作面过腰巷经验总结

1) 参照成功过腰巷案例对支护强度进行安全、经济对比分析，采用木垛加锚索联合支护，不仅保证了腰巷的支护强度，同时通过期间也最大化对道木进行了回收。支护需用道木18 918根，回收13 010根，回收率达到68.8%.每根道木101.88元，回收的道木价值132.5万元，支护成本60.2万元。

高水材料充填方案：充填高水材料的价格：1 850元/t，1 t可充填1.8 m3，充填成本为357.3万元。

使用道木节约成本357.3-60.2=297.1万元。

2) 工作面过腰巷前对设备进行全面检修，保证设备完好性，同时对支架安全阀进行标校，提高安全阀的可靠性。

3) 过腰巷时，支架顶梁接顶要严密，采取机尾加刀的方法推进，推过腰巷后，工作面调整为与上下顺槽垂直，恢复正常生产。

4) 随着矿井进入深部区开采，地质条件更复杂，巷道受二次、三次矿压采动影响，还需进一步加强对矿压规律的分析总结，购置安装先进的矿压监测系统及顶板在线综合监测系统，提升矿压管理的信息化水平。

5 结 语

温庄煤矿15106工作面在工作面推进过程中可能出现腰巷大变形、顶板失稳现象，对设备人员造成潜在的威胁，不利于矿区的长远可持续发展。采用木垛进行腰巷补强支护，可避免腰巷过度失稳变形，保证工作面顺利通过空巷。工程实践过空巷阶段，液压支架载荷基本小于其额定工作阻力，工作面未出现压架、冒顶、片帮等事故，空巷维护效果良好，实现了工作面安全高效通过腰巷区域，取得了良好的经济、安全效益。