综放面沿空掘巷支护实践

摘  要：  介绍了鹤壁矿区综放面沿空掘巷的矿压特征、支护机理及巷道支护的工程实践。

关键词：  沿空掘巷   复合支护   卸压支护   让压支护

长期以来，鹤壁矿区回采巷道一直采用11#工字钢棚支护，自1996年实施综采放顶煤回采工艺以来，沿空掘巷的支护变得极为困难。采用11#工字钢棚支护时，在掘进阶段支架就开始变形破坏，在工作面回采期间，巷道收缩率达到50%以上，一般从掘进到回采结束需返修3~5次。为此，我们对沿空掘巷先后进行了工字钢棚+锚网复合支护、工字钢棚卸压支护和U型棚支护实践，从实践的情况来看，U型钢可缩性支架能较好地适应鹤壁矿区沿空掘巷围岩的变形，是综放面沿空掘巷较好的支护形式。

1 综放面沿空掘巷矿压显现特点

鹤壁矿区主采煤层为二叠系山西组二1煤层，平均厚度为8米，其中上半部4米为中硬煤层，下半部4米为松软煤层，其普氏系数f值在0.5以下，煤层直接顶为薄层状沙质泥岩，老顶为细粒或中粒砂岩，底板为砂质泥岩。鹤壁矿区经过40余年的开采已进入深部开采，采深为400~700米，岩石自重应力较大。由于鹤壁矿区处在新华夏系第三隆起带与第二沉降带之间，在地质历史时期曾多次受遭构造运动，构造应力不仅存在，而且数值较大。根据对鹤壁矿区的原岩应力测试，在垂深600米范围内，在原岩应力场中以水平应力为主，最大水平应力为垂直应力的1.5~3倍。 鹤壁矿区主采二1煤层易自燃，从防火角度沿空掘巷留设的煤柱尺寸为4～6米。综放面沿空掘巷的矿压显现主要有以下特点：①受采动影响十分严重，在回采之前，巷道位移量较小，在回采时，巷道变形严重，围岩位移量急剧增加；②巷道破坏的主要形式为两帮内挤，底臌和顶板下沉；③巷道先从两帮和底角开始破坏；④巷道两帮的位移量大于顶底板的位移量，采空区一侧的位移量大于实体煤一侧的位移量。

2 综放面沿空掘巷支护实践

从综放面沿空掘巷的矿压显现特点来看，巷道破坏的主要原因是：沿空掘巷围围的煤体比较松软、破碎，不能承受巷道碎胀变形所产生的碎胀力的作用，使巷道发生变形、破坏，为此，我们对综放面沿空掘巷进行了工字钢棚+锚网复合支护（主动支护）、工字钢棚卸压支护、U型钢可缩性支架支护（让压支护）试验。

2.1工字钢棚+锚网复合支护

锚杆支护能主动加固围岩、最大限度地保持围岩的完整性、稳定性，控制围岩变形，充分发挥围岩自身的支承作用，变被动支护为主动支护；使用锚网支护，铺设金属网可以提高煤层的抗剪、抗拉强度，又由于金属网的整体连接，煤层一旦开裂也不便于脱落，可以防止破碎煤岩的冒落。我们在四矿2118综放面上顺槽进行了工字钢棚+锚网加复合支护试验。

2118面长150米，推进长度520米，煤层平均厚度8m, 综放一次采全高,地质构造复杂，有中小断层10条，最大一条落差10米。该面上顺槽与2116采空区留4米煤柱布置，采用工字棚+锚网复合支护,工字钢棚的规格为2.6×2.8×2.6m，棚距0.5米, 架间两帮布置Ø18mm×1800mm的圆钢树脂锚杆，铺设金属大眼网、纵向梯子梁，其支护断面图见图1。巷道在掘进

图1  工字钢棚+锚网复合支护断面图

阶段比较稳定，巷道变形量很小，但在回采期间，上顺槽有明显矿压显现，上顺槽支架严重变形，巷道断面明显变小，顶底板最大收敛量为450mm，两帮最大收敛量为784.8mm，虽然基本满足了生产需要，但上顺槽支架已严重变形破坏，无法复用。

2.2 工字钢棚卸压支护

卸压支护的基本原理是：在巷道掘进及服务期间，采用人工的方法对围岩的碎胀变形进行有控制的释放，使巷道周边形成的应力峰值向远离巷道周边的围岩深部转移，使巷道处于应力降低区中，以此达到有效维护巷道的目的。我们在十矿1103外上顺槽进行了工字钢棚卸压支护试验。

十矿1103外上顺槽埋深为400米，有一大的背斜构造，与1101工作面采空区留6米煤柱布置，采用工字钢棚对棚松帮卸压支护，工字钢棚的规格为2.6×2.8×2.6m，棚距0.6米，支架后全断面铺设塑料网。在巷道每帮打4个卸压孔，卸压孔控制在两帮轮廓线0.5米范围内，最高孔开口位置位于棚梁下面400mm，最低孔开口位置在巷道底板400mm，孔距460mm。卸压

图2  工字钢棚卸压支护断面图

孔角度：与掘进方位成30~40º角，与水平成±20º角。卸压孔深1米，孔径为89mm。巷道支护断面图见图2。要求凡是发现巷顶、巷帮来压、背木挤拆或压弯，柱腿或棚梁变形或发生位移，要立即安排专门人员进行卸压松帮。在掘进阶段，通过卸压孔和松帮卸压可以较好地控制巷道的变形，但在回采阶段，控制巷道变形的效果较差，在回采阶段有明显矿压显现，上顺槽支架变形严重，巷道段面明显变小，两帮最大移近量为698.5mm，顶板最大下沉量为425.6mm，虽然基本满足了生产需要，但上顺槽支架已严重变形破坏，无法复用。

2.3 U型钢可缩性支架支护

U型钢具有良好的断面形状和几何参数，U型钢可缩性支架最大的优点是当围岩作用于支架上的压力达到一定值时，U型钢支架可实现断面收缩，适应围岩的变形，缓解围岩的压力；支架后全断面铺设菱形网，可以使U型钢拱形支架的受力状态趋于均匀分布，有效地阻止架间空帮和空顶；支架间安设纵向拉杆，可将所有支架沿巷道纵向相互连接成整体，可有效地防止支架的歪斜、扭转，增加支架的整体性。我们在三矿3008综放工作面上顺槽进行U型钢可缩性支架支护试验。

3008上顺槽采深620米，煤层平均厚度为8米，地质构造复杂，有中小断层8条，最大一条落差3.5米，与3006采空区留6米煤柱布置，采用三节式U29型钢可缩性支架进行支护，支架形式为外曲腿半园拱，巷道净宽3.8米，净高2.8米，在两帮柱腿下各打一根锚杆，锚杆采用Ø18mm×1800mm的圆钢树脂锚杆，巷道支护断面图见图3。连接件采用双槽形夹板式，卡缆螺母扭矩设计值为150kN·m，支架后全断面铺设12#金属菱形网，支架间安设三根纵向拉杆，棚距0.7米。巷道在掘进阶段和回采阶段变形较小，顶底板最大收敛量为150mm，两帮最大收敛量为218mm，巷道

图3  U型棚支护断面图

断面收缩率小于15%，较好地满足了生产的需要。

3 结论

工字钢棚支护承载性能差，在掘进阶段支架就开始变形破坏，在工作面回采期间，巷道收缩率达50%以上，不能满足生产需要。工字钢棚+锚网复合支护的巷道，在掘进阶段变形较小，但在回采期间，巷道变形较大，仅适用于煤质较硬和压力较小的地区。采用工字钢棚卸压支护的巷道，在掘进阶段，通过卸压孔和松帮卸压可以较好地控制巷道的变形，但在回采阶段，控制巷道变形的效果较差，支护效果也不太理想。U型钢可缩性支架能较好地适应鹤壁矿区沿空巷道围岩的变形，是综放面沿空掘巷较好的支护形式。