近距離煤層采空區下巷道掘進的支護方法研究

崔子健

（山西省大同市同煤集團云崗礦，山西 大同 037017）

云岡礦是一個開采多年的礦井，現在的可采區域大部分在已采區域下，采空區下煤柱應力集中和巷道頂板穩定性差是當前急需解決的問題。12-2#層410盤區21003巷就是在采空區下近距離煤層下施工的機軌合一巷道，此巷道要穿過上覆層采空區。

1 概況

12-2#層21003巷為410盤區12-2#層81003綜采工作面機軌合一巷，布置在12-2#煤層中，工作面標高996～1016m，沿12-2#層煤層頂板掘進；設計長度557.34m，巷道在掘進至360～548m之間時上覆層為采空區，方位角175°10′。工作面北部為 12-2#層 410-4皮、12-2#層 410-4軌、12-2#層510-4回三條盤區巷道，東面、南面都未開采，西面為81005工作面，巷道的周圍情況都已經探明。12-2#煤層厚為3.10～4.50m，平均煤厚3.8m，煤層中含有兩層夾石，夾石厚度為0.1～0.2m之間，平均0.15m，平均傾角4°。

該工作面南部的上覆層12#層為該礦81037（2015年采完）工作面局部采空區及51037巷道；上覆8#層為該礦8805（2013年采完）、8807（2015年采完）局部采空區；上覆3#層為實體煤；上覆2#層為實體煤；本區域12-2#層與上覆2#層層間距平距152m，與上覆3#層層間距平均124m，與上覆8#層層間距平均66m，與上覆12#層層間距在3.0～10.0m之間，平均5.5m。

2 施工面臨的支護問題

2.1 巷道位置的確定

下層回采巷道布置時，應盡量采取內錯布置，布置在采空區下，以減小上覆層煤柱集中應力的影響[1]。根據巷道掘進的情況，巷道距離采空區煤柱距離的多少，所受的壓力大小也有所不同。上覆層煤柱對巷道的頂板應力分布影響很大，在煤柱的正下方，應力集中程度最高，而當距離煤柱邊緣越來越遠時應力會相應的減小直至為零[2]，所以應根據煤柱的位置和巷道的地質條件來合理的布置巷道位置。根據以往的經驗，在距離煤柱10m的距離時為布置巷道的合理位置[3]。

2.2 巷道支護方案的確定

巷道在掘進的過程中所遇見的地質條件比較復雜，巷道在360～548m時為上覆12#層的工作面采空區。應確立不同的支護方案，達到有效的支護質量，確保人員的安全。

（1）在巷道未進入采空區時，頂板壓力較小，巷道頂板較為完整，巷道采用錨桿、錨索和錨索梁[4]聯合支護；

（2）在巷道掘進至距離上覆煤柱10m至巷道出采空區煤柱10m期間，巷道頂板出現應力集中現象，常規設計的巷道支護不能滿足巷道頂板所受的壓力，應加強巷道支護，采用錨桿、錨索、錨索梁和架棚聯合支護；

（3）在巷道進入采空區層間距較薄處，普通的錨索和錨索梁聯合支護方法無法應用，為達到主動支護的目的，充分發揮圍巖的自承能力，采用錨桿和架棚支護工藝來控制頂板。

3 支護設計

（1）巷道0～350m上覆為12#層未采區域，層間距7m，巷道支護采用無縱肋螺紋鋼錨桿和錨索聯合支護方式支護頂板，打設五眼鋼帶，鋼帶長度為4100mm，即每排支5根錨桿，排距1000mm，間距900mm，沿巷道中心線對稱布置；錨索每排3根，排距3000mm，錨索沿巷道中心布置，錨索采用長度為6000mm的強力鋼絞線，兩側錨索按斜拉錨索施工，斜拉錨索角度不小于65°，錨索打設三眼鋼梁，鋼梁采用礦用11#工字鋼，長度3900mm，眼距1500mm。

（2）巷道350～360m和548～557m，巷道層間距4.5m，上覆層煤厚為2.5m。根據上覆煤柱應力分布情況對巷道的影響，使用無縱肋螺紋鋼錨桿和錨索梁、工字鋼雙梁、雙腿鋼棚、壓金屬片網聯合支護方式支護頂板。需加長錨索長度，保證其錨固段在上覆層頂板的堅硬巖石中。打設五眼鋼帶，鋼帶長度為4100mm，即每排支5根錨桿，排距1000mm，間距900mm，沿巷道中心線布置，錨索梁3900mm，排距2000mm，間距1600mm，錨索8500mm。工字鋼雙梁、雙腿鋼棚整體呈梯形布置，棚距0.5m。

（3）巷道在360～370m和538～548m時，巷道進入采空區，此區域間距5m，支護采用無縱肋螺紋鋼錨桿和工字鋼雙梁、雙腿鋼棚、壓金屬片網聯合支護方式支護頂板。打設四眼鋼帶，鋼帶長度為3200mm，即每排支4根錨桿，排距1000mm，間距900mm，沿巷道中心線布置。工字鋼雙梁、雙腿鋼棚整體呈梯形布置，棚距0.5m。

（4）巷道在370～538m時，巷道進入采空區內，層間距在2～5m之間，由于上覆采空區煤柱對巷道頂板的壓力減小，使用無縱肋螺紋鋼錨桿和工字鋼雙梁、雙腿鋼棚、壓金屬片網聯合支護方式支護頂板。現支護方式為打設四眼鋼帶，鋼帶長度為3200mm，即每排支4根錨桿，排距1000mm，間距900mm，沿巷道中心線布置。工字鋼雙梁、雙腿鋼棚整體呈梯形布置，棚距1m（如圖1）。

圖1 架棚支護示意圖（單位：mm）

（5）幫部支護：沿巷道向下350mm施工三排錨桿，錨桿上下間距900mm，排距1500mm，呈五花布置，巷道東幫為菱形金屬網，規格3700×2000mm；巷道西幫為雙向拉伸網，規格10000×2000mm。架棚處鋼棚、頂幫之間的空隙需用木板、水泥背板、道木、金屬片網等剎緊背牢嚴禁掉渣漏矸。

4 結論

根據頂板厚度變化，采取合理的支護，保證了近距離煤層采空區下巷道穩定。現場應用表明，在近距離煤層采空區下巷道的支護中錨桿支護和架棚支護能有效地控制頂板，掘進期間巷道頂板的最大下沉位移為40mm。