CN109779652B - 一种煤矿软岩工作面回风巷扩修和支护方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种煤矿软岩工作面回风巷扩修和支护方法，首先采用侧装机进行拉底，利用巷道修复机进行挑顶和扩帮；然后对于锚网索支护段，施工锚网索，采用架设倾向矿工钢棚、槽式木垛和贴帮木垛进行加强支护；对于U型钢棚支护段巷道，重新架设U型钢棚、槽式木垛和贴帮木垛进行加强支护。本发明主要是为了解决在工作面回采过程中，软岩巷道受矿山压力、开采扰动等作用影响下，出现顶底板和两帮收敛，导致巷道断面大幅度降低，影响通风、行人、运料、运煤等难题。通过本发明的实施，也可以有效降低巷道翻修频率，降低工人劳动强度，提高工作面推进速度，对于提高矿井经济效益具有重要的意义。

Description

一种煤矿软岩工作面回风巷扩修和支护方法

技术领域

本发明属于煤矿软岩工作面回风巷扩修支护领域，涉及一种煤矿软岩工作面回风巷扩修和支护方法。

背景技术

随着我国煤炭开采强度和深度的不断增加，煤矿开采客观条件趋于复杂化，尤其是中部和东部矿区，个别煤矿已经进入到了深井开采阶段，深井开采工作面回风巷受到地应力、开采扰动等作用，极易发生收敛变形，严重的影响着工作面的安全高效回采。同时，随着我国煤炭机械化水平的不断提高，采面设备发展趋势为大尺寸、大功率方向，工作面日均产能也相应的得到大幅度提升，而根据“以风定产”和受开采设备大型化的影响，回风巷断面要求也相应增大，而软岩巷道因收敛变形严重难以满足断面尺寸需求。因此，确保软岩回风巷的尺寸和支护效果对于煤矿安全生产具有重大的经济和社会效益。

目前，煤矿工作面回风巷扩修多采用人工拉底和矿车出渣，然后进行二次支护，使用该扩修工艺工人劳动强度大，且二次支护工艺仅是暂时保证了巷道断面，在矿山压力和开采扰动作用下容易再次出现失效，造成回风巷再次出现收敛变形，难以保证工作面正常回采需求。

中国专利CN 102733836A公开了一种“软弱特厚煤层综放回采巷道支护方法”，该方法对于巷道围岩变形现象有一定的修复效果，顶板下沉、两帮移近的现象有了一定的缓解，其对于两帮仅采用了高强度金属粗尾让压锚杆，虽然较普通锚杆对软弱特厚煤层有更好的支护效果，但由于锚杆长度有限，随着时间延长，松动范围变大，巷道两帮的变形和移近的情况还会不断出现，不能得到有效解决。另外，该方法也不能解决巷道中严重的底鼓现象。

中国专利CN106194203A公开了“一种煤矿软岩支护方法”，该方法在顶板与两帮，以及底板与侧帮的对角线上布置了锚索，提高了帮部的稳定性。该方有效地控制了巷道两壁的大变形，对于两帮移位问题的解决效果有限，且不能解决巷道中严重的底鼓现象。

综上，现行的回风巷支护方法无法解决现行支护工艺在矿压和采掘扰动作用下容易出现底鼓和两巷收敛的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种煤矿软岩工作面回风巷扩修和支护方法，该方法适应顶底板岩性较为松软、围岩条件较差、巷道收敛变形较为严重的中厚及厚煤层工作面回风巷的支护，用以克服现有的软岩工作面回风巷顶板下沉、底鼓和两巷收敛的问题，本发明能够较好的适应软岩回风巷的特点，可有效提高扩修效率和提高支护效果。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种煤矿软岩工作面回风巷扩修支护方法，首先采用侧装机进行拉底，利用巷道修复机进行挑顶和扩帮；然后对于锚网索支护段，施工锚网索，采用架设矿工钢棚、槽式木垛和贴帮木垛进行加强支护；对于U型钢棚支护段巷道，重新架设U型钢棚、槽式木垛和贴帮木垛进行加强支护。巷道围岩完整性和巷道成型较好的巷道段采用锚网索支护；巷道围岩稳定性差，如遇断层、破碎带等地质构造时，巷道成型较差，此时采用U型钢棚支护。

进一步地，所述槽式木垛和贴帮木垛相互交叉设置于巷道两帮，槽式木垛和贴帮木垛均与巷道顶板和底板相接。

步骤一：根据设计拉底高度采用侧装机进行拉底，利用巷道修复机进行挑顶和扩帮。挑顶具体是将破碎、失稳的巷道顶板挑去，经过挑顶后巷道顶板岩层相对稳定；利用侧装机和巷道修复机进行拉底和扩帮具体是为了满足巷道断面尺寸，且拉底和扩帮相对挑顶更安全和更易操作，在巷道顶板相对稳定，且走向较平直时以拉底和扩帮为主。拉底、挑顶和扩帮所得煤渣通过侧装机卸载到无轨胶轮电滚筒皮带运输机，经无轨胶轮电滚筒皮带运输机进入采面刮板输送机，随煤流外运。无轨胶轮电滚筒皮带运输机实时随挑顶、拉底和扩帮工作跟进，且保证无轨胶轮电滚筒皮带运输机卸载端始终能够将煤岩体卸载到刮板运输机中。挑顶、拉底和扩帮时若遇到岩体较硬不易施工时，进行放振动炮，以降低工作强度。

步骤二：对于锚网索支护段，挑顶和扩帮后，巷道顶板和巷道两帮采用金属网+注浆锚索+锚杆进行联合支护，其中注浆锚索采用开放式注浆；U型钢棚支护段拉底挑顶后铺设金属网，重新架设U型钢棚，U型钢棚与煤墙间采用背板背实；锚网索支护段和U型钢棚支护段的底板采用底板注浆锚杆进行加固，然后铺设混凝土地坪，要求混凝土地坪高出注浆锚杆外漏端。

步骤三：锚网索支护段巷道采用架设倾向矿工钢棚进行加强支护，巷道两帮进行掏槽，并架设槽式木垛，紧贴巷道两帮架设贴帮木垛进行加强支护；U型钢棚支护段采用U型钢伸缩梁进行加强支护，巷道两帮进行掏槽，并架设槽式木垛，紧贴巷道两帮架设贴帮木垛进行加强支护。该U型钢伸缩梁由两个分别与两帮顶部的U型钢棚相连接的U型钢组成，两个U型钢的重叠处设置有卡兰，U型钢伸缩梁与U型钢棚通过卡角连接。

倾向矿工钢棚和U型钢棚为二次支护中的补强支护，应实时跟进，确保巷修工作能够达到预期目的。巷道两帮进行掏槽和架设槽式木垛、贴帮木垛为二次支护中的补强支护，槽式木垛和贴帮木垛规格和间距可根据巷道顶板岩性进行调整。

进一步地，所述拉底超前挑顶和扩帮15～20m；对于锚网索支护段，挑顶和扩帮每进行0.8～1.6m时，对巷道顶板和巷道两帮铺设金属网，然后在巷道顶板和巷道两帮施工注浆锚索+锚杆进行联合支护；对于U型钢棚支护段挑顶、扩帮0.8～1.6m后对巷道顶板和巷道两帮铺设金属网，然后架设U型钢棚；在挑顶和扩帮后10～15m时开始布置底板注浆锚杆。

进一步地，在所述U型钢伸缩梁下打设液压单体柱，液压单体柱初撑力不低于90kN。

进一步地，所述注浆锚索包括顶注浆锚索和帮注浆锚索，锚杆包括顶锚杆和帮锚杆，巷道顶板相间布置有顶锚杆和顶注浆锚索；巷道两帮的中部布置一排帮注浆锚索，帮注浆锚索两侧布置有帮锚杆。

进一步地，所述注浆的顺序为先对顶注浆锚索进行注浆，然后对帮注浆锚索进行注浆，最后对底板注浆锚杆进行注浆。

进一步地，所述底板注浆锚杆的直径为20～25mm，帮锚杆的直径为18～22mm，顶锚杆的直径为20～25mm，帮注浆锚索和顶注浆锚索直径为20～30mm。

与现有的技术对比，本发明具有以下有益的技术效果：

1、本发明针对煤矿工作面软岩工作面回风巷所具有的顶底板强度弱，自稳性和自承载能力差，在回采过程中回风巷出现巷道顶板下沉、底鼓和巷道两帮收敛等特点，采用一种新的巷道支护方法。该方法通过利用联合机械化作业大幅度地降低了工人劳动强度和提高扩修工作效率，通过拉底、挑顶和扩帮后的锚网索、底板注浆锚杆、槽式木垛、贴帮木垛、架设U型钢伸缩梁和倾向矿工钢棚的二次支护有效地控制了巷道顶、底板和两帮围岩体的稳定性，解决了传统支护效果差的问题。本发明设计安全可靠、设计合理、工序简单、推广应用前景广泛，可以大幅度的提高软岩工作面回风巷扩修效率，对于加快工作面推进速度，提高矿井经济效益具有重要的意义。

2、本发明针对不同强弱或变形程度的回风巷，采用不同的方法进行支护。对于巷道围岩变形程度不严重的回风巷道段，采用锚网索支护方式，对于巷道围岩变形严重、巷道围岩稳定性差的回风巷道段，采用U型钢棚支护方式。

3、本发明支护工序简单，各施工工序相互交叉影响较小，可多工序平衡作业，如打设槽式木垛、架设贴帮木垛、架设U型钢伸缩梁、架设倾向矿工钢棚等工序可同时进行。

4、对于回风巷道底板，本发明先进行了拉底施工，然后再铺设底板注浆锚杆，接着在底板上铺设混凝土地坪，混凝土地坪高出注浆锚杆外漏端；该操作首先清理了回风巷底板原有的已经松散变形的煤岩，采用注浆锚杆进行加固将浆液注入底板裂隙，促使底板岩体形成统一整体，进而提高其强度和稳定性；布置注浆锚杆后，在底板上铺设混凝土地坪，混凝土地坪可覆盖锚杆外漏端，避免了锚杆外漏端影响行人、运料，另外，混凝土地坪增加了巷道表面的整体性，杜绝了积水对巷道底板的侵蚀作用，有利于提高巷道底板的整体强度。通过底板施工注浆锚杆和混凝土地坪，解决了巷道底鼓的问题，使其即使在矿山压力显现、开采扰动下，也能保持巷道底板的稳定。

5、倾向矿工钢棚和U型钢棚伸缩梁为补强支护，进一步加强了支护结构的作用效果。

6、槽式木垛和贴帮木垛间隔设置于巷道两帮，强化了帮注浆锚索和帮锚杆的支护效果，很好地解决了两帮移位的问题。木垛支护施工工序简单，木料可以回收，木垛与顶底板接触面积大具有较大的抗压能力，且木垛的变形可直观反映巷道来压大小，是一种适合于软岩巷道支护的被动支护方式。

7、通过采用注浆锚索和注浆锚杆向顶底板内注浆，能够促使破碎的围岩体形成统一整体，可大幅度提高围岩的整体性、稳定性和强度，可以有效的降低巷道收敛变形，同时能够为工作面回采作业提供良好的安全条件。另外，注浆锚索采用开放式注浆，摒弃了传统的“注浆必喷、先喷后注”的支护模式，在不进行喷浆的情况下直接进行开放式注浆。

8、在对注浆锚索和注浆锚杆进行注浆时，先巷道顶板，再巷道两帮，最后巷道底板的顺序，最大程度保证了施工安全。

附图说明

图1为拉底、挑顶和扩帮破落煤岩体外运流程图。

图2为巷道断面锚网索和矿工钢棚支护示意图。

图3为图2中的A向结构示意图。

图4为U型钢棚、U型钢伸缩梁和液压单体支柱支护示意图。

图5为卡角和U型钢棚伸缩梁的结构示意图。

图6为巷道两帮槽式木垛和贴帮木垛设置示意图。

图7为注浆系统设备布置示意图。

图8为注浆施工工艺流程图。

图中序号：1-液压支架；2-无轨胶轮电滚筒皮带运输机；3-刮板运输机；4-帮锚杆；5-槽式木垛；6-帮注浆锚索；7-贴帮木垛；8-液压单体柱；9-矿工钢棚；10-巷道修复机；11-侧装机；12-炮眼；13-工作面回采巷道回风巷；14-混凝土地坪；15-顶注浆锚索；16-顶锚杆；17-金属网；18-巷道顶板；19-巷道两帮；20-底板注浆锚杆；21-U型钢伸缩梁；22-卡兰；23-U型钢棚；24-卡角；37-第一注浆材料箱；38-第二注浆材料箱；39-注浆泵；40-注浆管路；41-注射枪；42-封孔器。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式做详细说明：

参见图1～图8，一种煤矿软岩工作面回风巷扩修和支护方法，主要是为了解决软岩工作面回风巷在受到矿山压力及采掘扰动等作用影响下出现巷道顶、底板收敛和两帮收敛，造成断面收缩严重，难以保证巷道断面尺寸要求，进而影响行人、运料和通风等难题。本发明方法是采用巷道修复机、装载机或底板爆破等进行挑顶、拉底和扩帮，而后通过锚网索、矿工钢棚、U型钢伸缩梁、槽式木垛、贴帮木垛等二次支护来实现巷道的扩修和支护。

具体包括以下步骤：

步骤一：在需要扩修和重新支护的工作面回采巷道回风巷13中，首先采用侧装机11进行拉底，拉底高度根据设计要求所定；对于巷道底板坚硬地带打炮眼12放震动炮，而后利用侧装机11进行拉底；然后利用巷道修复机10进行挑顶和扩帮，将破碎和下沉的巷道顶板18按照既定要求挑出一定高度，扩帮宽度符合既定要求；对于U型钢棚23支护段巷道首先人工拆去U型钢棚23，然后利用巷道修复机10进行挑顶和扩帮；拉底、挑顶和扩帮剥落的煤岩体采用侧装机11装载并侧卸到无轨胶轮电滚筒皮带运输机2上，无轨胶轮电滚筒皮带运输机2与工作面切眼刮板运输机3搭接，煤岩体经由刮板运输机3进入机巷皮带外运。

步骤二：巷道挑顶和扩帮每进行0.8～1.6m时，工作面回采巷道回风巷13经过拉底、扩帮和挑顶后形成符合设计的断面，锚网索支护段的巷道顶板18和巷道两帮19采用注浆锚索+锚杆+金属网进行联合支护。注浆锚索包括顶注浆锚索15和帮注浆锚索6，锚杆包括顶锚杆16和帮锚杆4，巷道顶板18相间布置有顶锚杆16和顶注浆锚索15，巷道两帮19的中部布置一排帮注浆锚索6，帮注浆锚索6两侧布置有帮锚杆4。巷道挑顶和扩帮每进行0.8～1.6m时，U型钢棚23支护段铺设金属网17，然后重新架设U型钢棚23，U型钢棚23之间采用连板进行连接，棚子与巷道顶板18和巷道两帮19采用背板等背实刹紧。

待巷道两帮19和巷道顶板18支护完毕后，巷道底板采用底板注浆锚杆20进行支护，然后在上面铺设混凝土地坪14，要求混凝土地坪14能够完全覆盖底板注浆锚杆20。

步骤三：锚网索支护段巷道采用架设倾向矿工钢棚9进行补强支护，要求一梁三柱。U型钢棚23支护段巷道采用U型钢伸缩梁21进行补强支护，该U型钢伸缩梁21由两个分别与巷道两帮19顶部的U型钢棚23相连接的U型钢组成，两个U型钢的重叠处设置有卡兰22，U型钢伸缩梁21与U型钢棚23通过卡角24固定连接，所述卡角24为U型结构且设置在U型钢伸缩梁21的两端，卡角24和U型钢伸缩梁21之间固定设置有连接板。U型钢伸缩梁21下方采用单个液压单体柱8进行支护，液压单体柱8初撑力不低于90kN。最后在巷道两帮19按照既定距离沿顶底板进行掏槽，在槽体内架设槽式木垛5，紧贴巷帮架设贴帮木垛7，槽式木垛5和贴帮木垛7均起补强支护作用。若满足巷道支护需求，巷道补强支护强度和原巷道支护形式在回采期间对巷道的残余强度之和应不低于巷道上方岩体对巷道的顶板压力，考虑到在超前支护段原巷道支护形式的残余强度不均匀，甚至局部处于失效装填，故在实际支护过程中将原巷道支护形式下的残余强度忽略不计，即补强支护段强度P₁不低于巷道上方岩体对巷道的顶板压力P₀。经验计算超前支护段巷道上方岩体对巷道的顶压P₀=K·h·y·r·L（K-取9.8N/kg；h-采高，取最大值；y-岩体容重，取2.5t/m³；r-巷道上覆岩层厚度与采高之比，一般取6；L-巷道超前支护段长度）。

补强支护段支护强度P₁=P₂＋P₃（P₂-单体柱支护强度；P₃-木垛支护强度），根据架设11^#矿工钢所用液压单体柱数量可得P₂，若P₀＞P₂，则需要进行木垛支护，根据经验木垛支护距离为4～5m，若P₀＜P₂，根据经验木垛支护距离为5～6m。最终确定，槽式木垛5和贴帮木垛7交叉设置，木垛间距为4～6m，槽式木垛5和贴帮木垛7均与巷道顶板18和底板相接。

本发明采用巷道修复机、侧装机、无轨胶轮电滚筒皮带运输机等进行拉底、扩帮和挑顶，大幅度降低了工人劳动强度和作业施工速度，同时对于围岩稳定性差的巷道段提升了施工安全性；对巷道顶板、巷道两帮施工注浆锚索和对底板施工注浆锚杆并对底板铺设混凝土地坪，可有效降低巷道围岩裂隙率，提高巷道围岩体的整体性、强度和自稳性，有利于提高巷道的稳定性，比采用普通锚索支护效果要好。通过架设槽式木垛和贴帮木垛，利用木垛的支护特性提高巷道支护强度；U型钢棚架设U型钢伸缩梁对U型钢棚和巷道具有一定的支撑作用，可根据巷道收敛变形在一定范围内实现U型钢棚的可控收缩，进而确保巷道变形符合要求。

底板注浆锚杆20的直径为20～25mm，帮锚杆的直径为18～22mm，顶锚杆的直径为20～25mm，帮注浆锚索6和顶注浆锚索15直径为20～30mm。锚杆和锚索的钻孔深度采用ANSYS软件数值模拟或相似模拟来确定，模拟所得围岩塑性区范围作为钻孔深度的参考指标。注浆时间的确定是根据模拟试验中注浆时间与浆液在围岩体内渗透范围及空隙压力扩散云图来确定，浆液扩散速度最慢并趋于稳定时所需的时间即为合理注浆时间。进行注浆时采用间隔跳孔方式进行，顺序为先巷道顶板18后巷道两帮19，最后底板。

回采巷道扩修支护的施工顺序是确保施工速度和保证施工安全的关键。本实施例采用底板放震动炮和采用侧装机进行拉底，拉底超前挑顶和扩帮作业15～20m。U型钢棚支护和锚网索支护紧跟扩帮和挑顶作业，架设倾向矿工钢棚滞后U型钢棚或锚网索支护10～15m，贴帮木垛和槽式木垛紧跟倾向矿工钢棚进行。这样不同工序不会产生交叉影响，可以平行施工，有利于提高施工作业的速度和安全性。

下面结合现场施工实例对本发明的方法进行详细描述：

现场施工实例以中国平煤神马集团平顶山天安煤业股份有限公司六矿丁_5-6-22240工作面回风巷为对象，步骤如下：

步骤一：首先对巷道底板采用人工方式进行打炮眼12放震动炮，以降低底板岩体强度，而后采用ZYC100R煤岩侧装机11进行巷道拉底，拉底深度为600mm，拉底超前巷道挑顶和扩帮15～20m。采用WPZ-345-150型巷道修复机10进行挑顶和扩帮，挑顶高度以挑去破碎岩体为最低挑顶高度，同时要求挑顶后顶板顺平顺直，扩帮宽度要求扩帮后巷道宽度不低于5000mm。施工过程中产生的煤岩体由ZYC100R煤岩侧装机11卸载到无轨胶轮电滚筒皮带运输机2，并经此卸载到采面的切眼刮板运输机3实现外运。采面架设有液压支架1。

步骤二：对于锚网索支护段，巷道挑顶和扩帮每进行0.8～1.6m时，及时在巷道顶板18和巷道两帮19铺设金属网17，然后在巷道顶板18施工注浆锚索+锚杆进行联合支护，其中顶锚杆16和顶注浆锚索15采用相间布置，顶锚杆16选用左旋无纵筋螺纹钢高强锚杆，顶锚杆16规格为Φ22×2400mm，间排距为800×800mm；顶注浆锚索15为KM22型中空注浆锚索，顶注浆锚索15规格Φ24×4000mm，间排距为1600×1600mm。在巷道两帮19施工注浆锚索+锚杆进行联合支护，巷道两帮19的中部布置一排帮注浆锚索6，帮注浆锚索6两侧布置有两排帮锚杆4，帮锚杆4选用左旋无纵筋螺纹钢等强锚杆，帮锚杆4间排距为800×800mm，帮注浆锚索6排距为1600mm。位于顶角的顶锚杆16距离两帮不超过300mm，与垂直方向呈30°～45°角，位于帮角的帮锚杆4距离顶板不超过300mm，与水平方向呈30°～45°角，巷道顶板18和巷道两帮19所用锚杆和锚索所用托盘规格配套即可，锚杆预紧力不低于75kN，锚索锚固力不低于120kN，施工结束7天对锚杆和锚索锚固效果进行查验，并根据实际进行重新锚索涨拉和锚索预紧，必要时进行补打锚杆和锚索。

对于U型钢棚23支护段挑顶扩帮0.8～1.6m后对巷道顶板18和巷道两帮19及时铺设金属网17，然后架设U型钢棚23，同时U型钢棚23与U型钢棚23间要求使用连板进行连接，U型钢棚23与巷道两帮19和巷道顶板18采用背板进行填实刹紧，以防U型钢棚23受力不均产生变形。

在挑顶和扩帮后方10～15m时开始布置底板注浆锚杆20，底板注浆锚杆20为中空注浆锚杆，规格Φ25×2500mm，锚杆间排距为800×800mm。底板注浆锚杆20施工后及时铺设混凝土地坪14，混凝土地坪14要求高出底板注浆锚杆20外漏端25～50mm。

顶注浆锚索15和帮注浆锚索6的注浆材料选用42.5级硅酸盐水泥配成的水泥单浆液，单浆液中水与硅酸盐水泥配比为1:2，并按水泥质量的8%加入ACZ-1型混凝土添加剂以降低水灰比，提高浆液的流动性和水泥量，进而可提高注浆强度，同时具有微膨胀性，可有效防止混凝土凝固后在矿压或者采动扰动等作用下产生裂隙影响支护效果。注浆孔口压力为9～10MPa，注浆泵口压力为18～20MPa。

底板注浆锚杆20的注浆材料选用波雷因，波雷因属于双液型改性聚氨酯材料，由A组物料和B组物料组成，两物料配比为1:1，注浆压力不超过4MPa，单孔注浆时间一般为15min，为了确保注浆效果原则上以浆液注不进去为准。当底板岩体完整性较好时，钻孔成型较好，底板注浆锚杆不需要钻头，若底板较破碎，成孔效果较差时，可使用钻头进行锚杆自钻成孔。

注浆锚杆/锚索注浆设备布置如图7所示，第一注浆材料箱37和第二注浆材料箱38中的物料通过注浆管路40进入注浆泵39进行充分混合，混合后的浆液由注浆泵39打入注射枪41，注射枪41通过单个管路与封孔器42连接，封孔器42连接注浆锚杆/锚索，进而完成锚杆/锚索注浆。

注浆锚杆和注浆锚索注浆施工工艺如图8所示，钻孔→在钻孔内插入注浆锚索或锚杆→安装封孔器→安装注浆泵→连接注浆管路→连接注射枪→管路与注浆材料相连→调整注浆参数→开启注浆泵→达到注浆效果→进行下一个注浆锚杆或者锚索注浆→注浆结束→关闭注浆泵。

步骤三：锚网索支护段巷道，采用4000mm长的11#矿工钢配合DZ-35型液压单体柱8架设倾向矿工钢棚9，每根矿工钢采用3个液压单体柱8进行支护，液压单体柱8初撑力不低于90kN，棚距为800mm。U型钢棚23支护段巷道，每架U型钢棚23上方架设U型钢伸缩梁21进行补强支护，U型钢伸缩梁21单根3m，两根U型钢组成U型钢伸缩梁21后采用三个卡兰22进行固定，U型钢伸缩梁21与U型钢棚23通过卡角24固定连接，所述卡角24为U型结构且设置在U型钢伸缩梁21的两端，卡角24和U型钢伸缩梁21之间固定设置有连接板。U型钢伸缩梁21下方采用单个液压单体柱8进行支护，液压单体柱8初撑力不低于90kN。

步骤四：丁_5-6-22240工作面采高3.5m，回风巷扩修后宽4m，以支护段4m计算，倾向矿工钢棚棚距0.8m，共5棚，一梁三柱共计液压单体柱15棵。计算P₀=K·h·y·r·L=9.8×3.8×2.5×6×4=2058kN。液压单体柱初撑力90kN，计算初撑力P2min=90×15=1350kN，液压单体柱额定工作阻力为250kN，计算最大支护力P_2max=250×15=3750kN。故P_2min＜P0＜P_2max，故需要在巷道架设木垛进行补强支护。在巷道两帮19煤体内进行掏槽，槽体沿巷道顶、底板施工，深度和宽度分别为800mm和1600mm，槽体内架设槽式木垛5，槽式木垛5规格（长×宽）为750×1500mm，槽式木垛5接顶接底，槽式木垛5间距为4～6m。沿巷道两帮19紧贴巷帮煤体施工贴帮木垛7，贴帮木垛7规格（长×宽）为750×1500mm，贴帮木垛7接顶接底，贴帮木垛7间距为4～6m。

扩修支护后15天，采用顶板钻孔窥视的方式进行顶板支护效果分析，同时采用巷道“十字交叉”观测法进行巷道收敛变形观测，根据观测结果对支护参数进行适当优化，以达到最佳支护效果。不同支护条件下巷道围岩变形见表1，由表1可知，木垛间距4～6m为最佳。其中木垛间距为3m时虽然巷道围岩变形较小，但此时木垛间距过小，施工劳动强度大且繁琐，因此不予选择。

表1 不同支护条件下巷道围岩变形情况

回风巷道变形（平均值）

无木垛支护

槽式/贴帮木垛间距3m

槽式/贴帮木垛间距4m

槽式/贴帮木垛间距5m

槽式/贴帮木垛间距6m

槽式/贴帮木垛间距7m

槽式/贴帮木垛间距8m

顶板下沉

320mm

90mm

110mm

135mm

170mm

250mm

295mm

底鼓

50mm

35mm

37mm

40mm

42mm

46mm

49mm

两帮收缩

750mm

375mm

405mm

435mm

475mm

715mm

748mm

以往，采用常规方式翻修进度慢，翻修后60天左右需重新翻修，采用该扩修方式，根据表1的数据可知，断面尺寸能够满足需要，不需要再进行翻修。

以上所述仅是对本发明优点和施工工艺、方法进行说明，同时给出了实施例说明。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实例限制，凡是根据本发明的技术实质对实施例进行简单改进和变化都属于本发明的保护范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (6)

1.一种煤矿软岩工作面回风巷扩修和支护方法，其特征在于，首先采用侧装机（11）进行拉底，利用巷道修复机（10）进行挑顶和扩帮；然后对于锚网索支护段，施工锚网索，采用架设矿工钢棚（9）、槽式木垛（5）和贴帮木垛（7）进行加强支护；对于U型钢棚（23）支护段巷道，重新架设U型钢棚（23）、槽式木垛（5）和贴帮木垛（7）进行加强支护；

包括以下步骤：

步骤一：根据设计拉底高度采用侧装机（11）进行拉底，利用巷道修复机（10）进行挑顶和扩帮，拉底、挑顶和扩帮所得煤渣通过侧装机（11）卸载到无轨胶轮电滚筒皮带运输机（2），经无轨胶轮电滚筒皮带运输机（2）进入采面刮板输送机（3），随煤流外运；

步骤二：对于锚网索支护段，挑顶和扩帮后，巷道顶板（18）和巷道两帮（19）采用金属网（17）+注浆锚索+锚杆进行联合支护，其中注浆锚索采用开放式注浆；U型钢棚（23）支护段拉底挑顶后铺设金属网（17），重新架设U型钢棚（23），U型钢棚（23）与煤墙间采用背板背实；锚网索支护段和U型钢棚（23）支护段的底板采用底板注浆锚杆（20）进行加固，然后铺设混凝土地坪（14），要求混凝土地坪（14）高出注浆锚杆外漏端；

步骤三：锚网索支护段巷道采用架设倾向矿工钢棚（9）进行加强支护，巷道两帮（19）进行掏槽，并架设槽式木垛（5），紧贴巷道两帮（19）架设贴帮木垛（7）进行加强支护；U型钢棚（23）支护段采用U型钢伸缩梁（21）进行加强支护，巷道两帮（19）进行掏槽，并架设槽式木垛（5），紧贴巷道两帮（19）架设贴帮木垛（7）进行加强支护；

所述拉底超前挑顶和扩帮15～20m；对于锚网索支护段，挑顶和扩帮每进行0.8～1.6m时，对巷道顶板（18）和巷道两帮（19）铺设金属网（17），然后在巷道顶板（18）和巷道两帮（19）施工注浆锚索+锚杆进行联合支护；对于U型钢棚（23）支护段挑顶、扩帮0.8～1.6m后对巷道顶板（18）和巷道两帮（19）铺设金属网（17），然后架设U型钢棚（23）；在挑顶和扩帮后10～15m时开始布置底板注浆锚杆（20）；

补强支护段支护强度P₁不低于巷道上方岩体对巷道的顶板压力P₀，经验计算超前支护段巷道上方岩体对巷道的顶压P₀=K·h·y·r·L，其中K取9.8N/kg；h为采高，取最大值；y为岩体容重，取2.5t/m³；r为巷道上覆岩层厚度与采高之比，取6；L为巷道超前支护段长度；补强支护段支护强度P₁=P₂＋P₃，其中P₂为单体柱支护强度；P₃为木垛支护强度，根据架设11^#矿工钢所用液压单体柱数量可得P₂，若P₀＞P₂，则进行木垛支护，木垛支护距离为4～5m，若P₀＜P₂，木垛支护距离为5～6m。

2.根据权利要求1所述的一种煤矿软岩工作面回风巷扩修和支护方法，其特征在于，所述槽式木垛（5）和贴帮木垛（7）相互交叉设置于巷道两帮（19），槽式木垛（5）和贴帮木垛（7）均与巷道顶板（18）和底板相接。

3.根据权利要求1所述的一种煤矿软岩工作面回风巷扩修和支护方法，其特征在于，在所述U型钢伸缩梁（21）下打设液压单体柱（8），液压单体柱（8）初撑力不低于90kN。

4.根据权利要求1所述的一种煤矿软岩工作面回风巷扩修和支护方法，其特征在于，所述注浆锚索包括顶注浆锚索（15）和帮注浆锚索（6），锚杆包括顶锚杆（16）和帮锚杆（4），巷道顶板（18）相间布置有顶锚杆（16）和顶注浆锚索（15）；巷道两帮（19）的中部布置一排帮注浆锚索（6），帮注浆锚索（6）两侧布置有帮锚杆（4）。

5.根据权利要求1所述的一种煤矿软岩工作面回风巷扩修和支护方法，其特征在于，所述注浆的顺序为先对顶注浆锚索（15）进行注浆，然后对帮注浆锚索（6）进行注浆，最后对底板注浆锚杆（20）进行注浆。

6.根据权利要求1所述的一种煤矿软岩工作面回风巷扩修和支护方法，其特征在于，所述底板注浆锚杆（20）的直径为Φ20～25mm，帮锚杆（4）的直径为Φ18～22mm，顶锚杆（16）的直径为Φ20～25mm，帮注浆锚索（6）和顶注浆锚索（15）直径为Φ20～30mm。

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