隨著我國煤炭開采強(qiáng)度不斷加深，開采區(qū)域以及開采深度也隨之不斷增大，然而受采煤方法、地質(zhì)條件以及采煤設(shè)備等諸多因素影響，在一些特殊開采區(qū)域或煤層的開采過程中容易形成孤島工作面[1-3]。孤島工作面在開采過程中受相鄰工作面回采影響，工作面兩側(cè)煤體應(yīng)力集中較高，巷道圍巖應(yīng)力場復(fù)雜，回采巷道圍巖容易發(fā)生變形、破壞，對(duì)工作面安全生產(chǎn)形成威脅。

　　因此，對(duì)于孤島工作面回采巷道穩(wěn)定性以及支護(hù)參數(shù)的研究，對(duì)保證孤島工作面安全生產(chǎn)具有十分重要的意義[4-7]。為解決工程實(shí)際問題，以南梁煤礦30101-1工作面在3-1號(hào)煤層邊界處形成的孤島工作面為研究對(duì)象，采用工程類別、理論計(jì)算、數(shù)值模擬以及現(xiàn)場實(shí)踐等方法綜合分析，以確定30101-1孤島工作面回采巷道最佳支護(hù)方案。

　　1井概況

　　南梁煤礦30101-1工作面位于3-1號(hào)煤層西南角，煤層埋深118.43～142.01m，工作面煤層厚度1.8～2.03m，走向長度為1398.32m，傾向長度為280m，其北部為30101工作面采空區(qū)，南部為3-1號(hào)煤層邊角治理區(qū)，在30101-1工作面區(qū)域形成孤島工作面。30101-1工作面運(yùn)輸順槽設(shè)計(jì)尺寸為1453.58m×5m×2.5m(長×寬×高)。

　　2防護(hù)方案

　　2.1防護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)

　　孤島工作面回采巷道在回采過程中承受采動(dòng)支承壓力大，圍巖較為破碎，變形量大[8]。依據(jù)南梁煤礦30101-1工作面實(shí)際地質(zhì)情況，通過工程類比[9]、理論計(jì)算[10]的方法，綜合考慮回采巷道的支護(hù)設(shè)計(jì)。

　　根據(jù)30101-1工作面運(yùn)輸順槽頂板情況表對(duì)工作面頂板穩(wěn)定性進(jìn)行分析可知，30101-1工作面頂板主要存在穩(wěn)定和不穩(wěn)定頂板。在進(jìn)行回采巷道支護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)，通過工程類比的方法，巷道可采用中等穩(wěn)定圍巖狀況錨桿、錨索、錨網(wǎng)聯(lián)合的支護(hù)形式[11-12]。支護(hù)參數(shù)選取錨桿桿體直徑為18～22mm，長度為1.8～2.4m，間排距為0.6～1.0m;錨索直徑為17.8mm，長度為5～6m，單排間距3m。

　　根據(jù)組合梁支護(hù)理論，錨桿長度應(yīng)滿足L≥L1+L2+L3(1)式中，L為錨桿總長度，m;L1為錨桿外露長度，m;L2為錨桿有效長度，m;L3為錨桿錨固長度，m。針對(duì)30101-1工作面回采巷道圍巖特點(diǎn)，采用錨索進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，錨索長度為La=La1+La2+La3(2)式中，La為錨索長度，m;La1為錨索外露長度，m;La2為錨索有效長度，m;La3為錨索錨固長度，m。通過對(duì)錨桿、錨索長度理論計(jì)算，得出錨桿、錨索長度分別為2.2m、6m。根據(jù)工程類比、理論計(jì)算的結(jié)果綜合分析提出了3種錨、網(wǎng)、索聯(lián)合支護(hù)方案作為比較方案。

　　2.2護(hù)方案模擬

　　2.2.1數(shù)值模型

　　為進(jìn)一步驗(yàn)證上述孤島工作面回采巷道3種支護(hù)方案設(shè)計(jì)的有效性，針對(duì)南梁煤礦3-1號(hào)煤層30101-1工作面回采巷道地質(zhì)條件、力學(xué)參數(shù)以及巷道斷面設(shè)計(jì)尺寸，使用FLAC3D軟件建立數(shù)值計(jì)算力學(xué)模型，模型為300m×300m×100m(長×寬×高)，巷道沿Y軸方向開挖，采用Mohr-Coulomb本構(gòu)模型，分別對(duì)3種支護(hù)方案進(jìn)行模擬，分析各方案距離工作面50m處回采巷道垂直位移，塑性區(qū)，垂直應(yīng)力的變化規(guī)律，提出最優(yōu)方案。

　　2.2.2垂直位移模擬結(jié)果分析

　　方案A頂板最大下沉量為74mm，方案B為157mm，方案C為220mm;方案A與B在錨索兩側(cè)均出現(xiàn)了垂直位移增大現(xiàn)象，方案A錨索兩側(cè)垂直位移為60mm，方案B為120～140mm，而方案C不僅在錨索兩側(cè)出現(xiàn)垂直位移增大現(xiàn)象，垂直位移量為200mm，同時(shí)在錨索端部出現(xiàn)了50～75mm的較大位移變化。通過對(duì)3種支護(hù)方案垂直位移量的分析，方案A相較于方案B和方案C能較好地控制巷道頂板移近量，更有利于巷道圍巖變形的控制。

　　2.2.3塑性區(qū)模擬結(jié)果分析

　　方案A巷道頂板中部塑性最大范圍為1m，巷道幫角塑性區(qū)最大范圍為0.5m，巷道幫部及以下塑性區(qū)范圍為0.5m;方案B巷道頂板中部塑性區(qū)最大范圍為1.5m，巷道幫角塑性區(qū)范圍為1～1.5m，幫部中部及以下塑性區(qū)范圍為0.5m;方案B巷道頂板中部塑性區(qū)最大范圍為2m，巷道幫角塑性區(qū)范圍為1～1.5m，巷道幫部及以下最大塑性區(qū)范圍為0.5m。通過對(duì)3種方案巷道頂板、幫角及幫部塑性區(qū)的最大塑性區(qū)及塑性區(qū)范圍進(jìn)行比較，方案A回采巷道圍巖塑性區(qū)范圍得到有效控制。

　　2.2.4垂直應(yīng)力模擬結(jié)果分析

　　方案A中最大垂直應(yīng)力位于巷道頂板中部為6.89MPa，最大垂直應(yīng)力范圍小于0.5m，錨索錨固段出現(xiàn)應(yīng)力降低區(qū)，其位于直接頂與基本頂接觸面位置;方案B最大垂直應(yīng)力位于巷道頂板中部為6.87MPa，最大垂直應(yīng)力范圍與原方案變化不大;而方案C最大垂直應(yīng)力位于巷道頂板中部靠上為6.64MPa，最大垂直應(yīng)力范圍小于0.2m，相較于原方案與方案A，最大垂直應(yīng)力范圍最小，錨索錨固段下部和上部出現(xiàn)了垂直應(yīng)力增大區(qū)域，錨索受力大于前2種方案。

　　通過對(duì)以上3種方案巷道圍巖垂直應(yīng)力進(jìn)行比較，3種方案的最大垂直應(yīng)力變化不大，方案B錨索出現(xiàn)底應(yīng)力區(qū)，對(duì)直接頂支護(hù)效果不佳，方案B錨索受力較大，綜合分析方案A較為適合。通過對(duì)3種支護(hù)方案垂直位移、塑性區(qū)范圍、垂直應(yīng)力進(jìn)行分析比較，方案A能較好地滿足回采巷道在生產(chǎn)過程中的要求。

　　3工程實(shí)踐

　　南梁煤礦30101-1孤島工作面回采巷道掘進(jìn)期間，根據(jù)監(jiān)測區(qū)錨桿(索)受力監(jiān)測結(jié)果。錨桿在28d內(nèi)受力顯著增大，最大為14.5MPa，28～35d內(nèi)，錨桿壓力增加較為緩和;35d后錨桿受力不再發(fā)生明顯變化， 表明錨桿對(duì)頂板的支護(hù)是有效的。錨索在35d內(nèi)受力增大，最大為36.7MPa，35～42d內(nèi)錨索受力變化不大，42d以后未出現(xiàn)新的明顯變化，錨桿、錨索受力值在允許的受力范圍內(nèi)。

　　工作面回采期間，回采巷道各測點(diǎn)頂?shù)装遄畲笠平�量�?5mm，兩幫最大移近量為500mm，工作面機(jī)尾超前0～25m為工作面超前礦壓顯現(xiàn)區(qū)域，主要表現(xiàn)為工作面超前回采側(cè)巷道局部片幫，最大片幫深度為390mm，片幫位置主要為巷道中下部，巷道圍巖移近量均在允許范圍內(nèi)。通過上述對(duì)各測點(diǎn)錨桿、錨索受力及巷道圍巖移近量的分析可知，錨桿(索)受力均大于其初錨力，對(duì)頂板有較大的支護(hù)作用，圍巖移近量變化較為穩(wěn)定，該支護(hù)方案支護(hù)效果良好，能夠滿足現(xiàn)場安全生產(chǎn)需求。

　　4結(jié)論

　　(1)通過采用工程類別和理論計(jì)算的方法，提出了錨、索、網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)的3種比較方案，通過數(shù)值模擬比較方案分析表明，回采巷道支護(hù)參數(shù)錨桿為MSGLW-335/��20mm×2200mm，頂板間排距采用900mm×1000mm，兩幫間排距900mm×1000mm，錨索參數(shù)為��17.8mm×6000mm，單排錨索布置排距為3000mm，為最佳方案。

　　(2)現(xiàn)場工業(yè)試驗(yàn)表明，最佳支護(hù)方案A在30101-1工作面回采過程中巷道圍巖變形量較小，有利于巷道穩(wěn)定，該支護(hù)方案能較好地滿足工作面安全生產(chǎn)要求。

　　(3)實(shí)際開采過程中超前支護(hù)范圍0～25m內(nèi)實(shí)體煤一側(cè)巷道幫部的局部仍有小面積片幫，建議對(duì)超前支護(hù)范圍內(nèi)實(shí)體煤一側(cè)巷道幫部進(jìn)行局部加強(qiáng)，預(yù)防片幫進(jìn)一步發(fā)展。

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