常海军

（沁和能源集团有限公司永红煤矿，山西 晋城 048000）

煤矿井下开采过程中，受矿井采掘接续布局及现场开采条件等因素制约，在一个采区内工作面往往会出现跳采布置方式，从而导致该采区至少会出现一个工作面开采时其两侧相邻两个工作面已开采结束形成采空区，造成该工作面出现“孤岛”现象［1-2］。因孤岛工作面上下两巷均临近工作面采空区，其煤体承载的围岩应力将会随着两侧采空区面积的增加而增大，从而对巷道围岩稳定性造成很大影响，具体表现为工作面开采过程中巷道矿压显现剧烈、围岩变形量增大、巷道支护和维护难度增大，给矿井安全生产带来较大影响［3-4］。为此，在孤岛工作面开采过程中，需优化巷道支护工艺，提高围岩支护强度，减少巷道变形量，以确保工作面安全高效回采。

1 工程概况

沁和能源集团有限公司永红煤矿设计生产能力1.20 Mt/a，为高瓦斯矿井，其3405综采工作面位于三采区东翼，在三采区工作面开采过程中，为解决相邻工作面掘进和回采同时进行时存在相互扰动问题，实行跳采开采方式布置采区工作面，从而导致3405工作面的北侧3403工作面和南侧3407工作面先进行开采，造成3405工作面形成孤岛工作面，3405工作面平面布置如图1所示。

3405综采工作面设计可采长度682 m，倾斜长125 m，主采3号煤层，煤层平均厚度4.2 m，平均坡度9°。工作面煤层直接顶为砂质泥岩，平均厚度5.28 m，老顶为中粒砂岩，平均厚度6.54 m，直接底为砂质泥岩、泥岩，平均厚度3.22 m，老底为细粒砂岩，平均厚度6.74 m。

图1 3405工作面平面布置

2 巷道支护

2.1 支护方式

永红煤矿传统巷道支护方式为架棚支护或锚网支护，根据该矿工作面接续计划安排，3405工作面进风巷设计沿原3405工作面回风巷掘进，3405回风巷沿原3407工作面进风巷进行掘进。因此，结合原3405工作面和3407工作面巷道支护设计报告，同时考虑到孤岛工作面回采巷道受原两侧工作面采空区影响较大，巷道围岩承压强度大，容易发生破坏变形等因素，拟提出在3405工作面回采巷道采用“锚网+工字钢架棚”联合支护技术。

2.2 支护设计

3405工作面进回风巷均沿巷道煤层底板掘进，掘进断面形状为矩形，断面尺寸为高×宽=3 000 mm×4 000 mm。

（1）工字钢棚支护参数。巷道掘进采用12#矿工字钢进行架棚支护，棚距设计为800 mm。支护规格为：工字钢梁全长为3 400 mm，腿长3 000 mm，支护断面形状为梯形，架棚后顶部净宽为3 100 mm，下部净宽4 000 mm，净高2 800 mm，下扎角9°。工字钢腿底部均焊接有150 mm×150 mm钢垫板；每棚工字钢腿在距顶部1 000 mm和2 000 mm位置分别焊接一根ϕ20 mm×40 mm的无缝钢管，同时采用ϕ20 mm圆钢加工成梁头带90°的弯头的连杆，在每两棚之间使用连杆连接在无缝钢管上。巷道顶部采用塑料网搭配金属网进行护顶，帮部采用塑料网护帮；在顶部和帮部采用1 100 mm长半圆木进行背顶背帮，顶部和帮部圆木间距分别为600 mm和500 mm，并使用撑木支撑牢固；每两棚工字钢棚之间布置7根撑木支撑确保棚梁稳固，其中顶梁上布置3根、两帮各布置2根；架棚后必须保证棚梁腿接顶背实，迎山站正，梁腿稳固、支撑有力，确保施工工程质量合格。

（2）帮部锚杆支护参数。为增强巷道围岩支撑强度，减少围岩变形量，在巷道两帮分别施工2排ϕ20 mm×1 600 mm锚杆进行补强支护，第一排锚杆距巷顶400 mm位置施工，与水平方向成20°夹角；帮部第二根锚杆距第一根锚杆间距1 000 mm与水平方向成90°夹角施工，锚杆排距为800 mm。采用搭接法双排扣联网铺设钢筋网，钢筋网搭接长度不小于100 mm，使用14#双股铁丝联网，铁丝长度350 mm，联网间距不得大于200 mm，双排扣三花联网。

③锚杆补强支护材料参数。锚杆，ϕ20 mm×1 600 mm通丝锚杆；托盘，150 mm（直径）×10 mm（厚）中间带有直径为20 mm圆孔的钢板；钢筋网，ϕ6.5 mm钢筋，宽1 m、长2 m，网孔规格为60 mm×60 mm；锚固剂，型号为Z2350和K2350，规格c20 mm×500 mm，640±10 g。巷道支护断面如图2所示。

图2 3405工作面巷道支护断面

3 巷道补强支护

3.1 工作面端头补强支护

工作面端头支护采用液压支架+单体柱+铰接梁（1.2 m）支护顶板。具体支护技术与要求如下：

（1）根据液压支架与煤柱最突出部分间距决定支护技术。距离小于等于0.5 m时，可不进行支护，根据间距大小在切顶线处打1根切顶柱。距离大于0.5 m、小于等于1.1 m时，端头必须打带帽点柱或施工3～4根1.2 m铰接梁配合单体柱进行支护。

①若端头顶板破碎时，沿工作面走向架铰接梁棚配合单体柱进行支护，“一梁一柱”；若端头顶板完好时，沿走向支设一排带帽单体柱；单体柱或铰接梁棚要靠近煤柱进行支设（距煤柱最突出部分不大于0.5 m）。

②点柱支护柱距为0.8 m，铰接梁支护柱距为1.2 m，偏差不超过0.1 m。

③支护范围从切顶线开始至超前支架尾梁位置，若使用铰接梁配合单体柱进行支护时铰接梁前端距超前支架尾梁不超过0.8 m，超过时补打带帽点柱。

距离超过1.1 m、小于等于1.5 m时，在液压支架与煤柱间采用一对铰接梁棚（6根铰接梁）配合6根单体柱支护顶板。

a、铰接梁棚距煤柱不超过0.5 m，距液压支架不超过0.5 m，梁（中对中）间距不超过0.4 m。

b、单体柱施工在铰接梁中间位置（柱距1.2 m），偏差不超过0.1 m。

c、铰接梁错节布置成“迈步”形式，步距0.6 m，偏差不超过0.1 m。

d、铰接梁棚长梁前端距超前支架尾梁不超过0.6 m（若超过0.6 m，则加补点柱一根），铰接梁短梁距超前支架尾梁不超过1.2 m（若超过1.2 m，则补一棚铰接梁）。距离大于1.5 m、小于等于2.8 m时，在液压支架与煤柱间架设两对铰接梁棚（12根铰接梁）配合12根单体柱支护顶板，两对铰接梁棚间距不超过0.8 m。距离大于2.8 m时，考虑增加液压支架进行支护。

（2）如果顶板破碎，则可缩小对棚间距、增加对棚或在液压支架顶梁上和对棚上沿倾向背木料。

（3）端头支护布置。以切顶线为基准，控制对棚的位置；对棚短梁滞后切顶线0.6 m，偏差不超过0.1 m，同时保证对棚长梁距超前支架尾梁不超过0.6 m、对棚短梁距超前支架尾梁不超过1.2 m。

（4）切顶柱布置：①切顶线位置，液压支架顶梁和掩护梁连接销孔处。②沿切顶线支设带帽点柱，间距不超过0.3 m，保证无窜矸现象。切顶柱一般情况下可超前切顶线0.2 m，误差不超过0.1 m，严禁滞后切顶线支设。

（5）支护质量标准。①对棚为铰接梁棚，一梁一柱，错距0.6 m，随工作面推进交替迈步前移，步距1.2 m。对棚梁间距不超过0.4 m，两对对棚间距不超过0.8 m。②梁要接顶严密，顶板凹凸处用木料背顶。③所有单体柱的卸载阀朝向一致并系好防倒绳。④安全出口高度不小于1.8 m，人行道宽度不小于0.8 m。⑤单体柱活柱行程不小于0.2 m，不大于0.7 m。⑥底板松软时单体柱应穿柱鞋，单体柱钻底量不大于0.1 m。⑦根据煤层厚度的变化及时更换与巷高相适应的单体柱。⑧单体柱初撑力不小于11.5 MPa。⑨每班循环注液，动态保持单体柱初撑力满足要求。

3.2 顺槽补强支护

当工作面进回风顺槽巷道顶板下沉量较大时，需在巷道内打设单体柱配金属铰接梁进行补强支护，支护密度和方式要根据现场实际情况来确定。打设抬棚时单体液压支柱下方要垫柱鞋，单体柱初撑力不低于11.5 MPa，且单体支柱要使用防倒链捆绑进行固定防倒；当工作面上下顺槽巷道围岩较破碎、变形量较大时，可采取在巷道内对破碎围岩进行注浆加固和补打注浆锚索或恒阻锚索进行补强加固等措施［5-6］，减少巷道围岩变形量，确保工作面安全高效回采。

4 支护效果

3405孤岛工作面上下顺槽巷道支护方案选用工字钢架棚+帮部锚杆补强支护技术，回采期间在上下端头及两巷采取打设单体柱配金属铰接梁抬棚和巷道注浆、补打锚索补强支护措施。工作面上下顺槽巷道应用上述措施后，通过现场观察和测量，结果发现，工作面回采过程中上下顺槽巷道顶板下沉量为100～200 mm，底鼓量为300～500 mm，巷道两帮位移量为300～500 mm，巷道围岩变形量在可控范围之内，回采时只需对巷道局部进行超前卧底即可满足回采需要。回采期间，工作面及巷道矿压显现不明显，未发生过顶板流煤矸、垮落冒顶、冲击地压等顶板事故，工作面实现安全正常回采。

5 结语

为解决孤岛工作面巷道围岩压力大，巷道变形量大、矿压显现明显等问题，根据永红煤矿3405孤岛工作面地质资料及实际开采条件，回采巷道拟定采用“工字钢架棚+帮部锚杆补强”支护方案；并设计具体支护技术参数，同时在工作面回采期间提出加强工作面上下端头及巷道超前支护加固措施。该巷道支护方案应用表明，支护技术方案能够有效控制巷道围岩变形量，减小矿压显现强度，为工作面安全高效回采提供保障，可在相似条件的巷道中推广应用。