近距離煤層回采工作面過采空區支護技術研究

梁 力

（山西辰誠建設工程有限公司， 山西 陽泉 045000）

近距離煤層開采過程中，一般采用下行式開采方法，為提高回采率，以及滿足回采工藝的要求，下伏煤層的回采工作面需要過上覆采空區，上覆采空區內圍巖體完整性差，支承強度低，對下伏煤層回采工作面的礦壓顯現規律有著十分重要的影響[1-3]，因此研究近距離煤層過采空的回采工作面上覆巖體移動規律，以及支護方法具有十分重要的意義[4-5]。本文探討了近距離煤層采空區下回采工作面的覆巖移動規律，指出重復采動下垂直向巖體的影響范圍受圍巖體性質、回采工藝以及承載層的影響，且承載層對該范圍大小起決定性作用，并結合某礦30515 工作面地質條件，提出了回采工作面順槽采用錨桿加錨索的聯合支護方式，結果表明，對近距離煤層采空區下回采巷道，采用錨桿加錨索的支護方法可有效解決工作面巷道圍巖礦壓問題。

1 上覆巖層移動規律

近距離煤層下伏煤層回采工作面進行采動時，一般上覆圍巖體已經經歷過一次采動影響，此時，隨著下伏工作面采動的進行，上覆巖體將受重復采動的影響，發生應力再分布以及圍巖體變形位移。學者們研究表明，重復采動影響區在水平向及垂直向均有發生。本文主要研究回采工作面上覆圍巖體的移動規律，圖1 為垂直向重復采動影響區示意圖。該影響區的范圍與煤層之間的圍巖體性質、回采工藝參數、上覆巖體的強度及完整性等有極大的關聯。一般來說，近距離煤層開采時，受采動影響，兩層煤體之間部分圍巖發生斷裂，完整性差，喪失了承載力，但仍存在一部分圍巖體只受到了輕微的影響，具有較高的承載力，將這部分圍巖體稱為承載層。近距離煤層上覆采空區的回采工作面礦壓分布，主要受承載層的影響，若承載層強度高，完整性好，且采用的支護技術得當，則礦壓顯現不明顯，工作面頂板安全穩定，重復采動的垂直影響區范圍較小；若承載層強度不足以支承重復采動后的圍巖體應力，或采用的支護技術不得當，則承載層將發生斷裂破壞，下伏煤層工作面劇烈來壓，重復采動垂直影響區的范圍也大大的增加，甚至可以達到地表，造成地面沉降。因此，在近距離煤層群采空區下進行回采工作時，應特別注意承載層的應力狀態，保證承載層的安全。

圖1 垂直向重復采動影響區

2 工程概況

30515 工作面內為3～5 號煤層實體煤，無采空區及采空積水區；工作面上覆跨本礦2 號煤層10201 工作面和10215 工作面采空區，兩采空區間的保護煤柱30 m。該煤柱整體位于30515 回風順槽東側27.5～57.5 m 處對應上覆。上覆2 號層采空區與30515 工作面層間距平均為4.41～4.85 m，平均4.64 m。

30515 工作面東部為實煤區，南部有3～5 號煤層1045 輔運、膠帶、回風三條大巷以及南郊區塔山煤礦老空巷交錯而過，30515 工作面煤層頂底板情況如表1 所示。

表1 煤層頂底板情況表

3 支護設計

針對30515 工作面的實際情況，為充分控制回采巷道圍巖變形，發揮支護結構的承載作用，并將破碎圍巖體錨固在深部較完整的危巖體中，研究決定，采用錨桿加錨索的聯合支護方法，支護參數的選區如下文所述。

3.1 錨桿參數設計

1）錨桿長度計算。

式中：L為錨桿總長；L1為錨桿進入穩定巖體長度；L2為外露錨桿長度；K為安全系數；H為冒落拱高度。

2）錨桿株距計算。

式中：A為錨桿之間的間距；Q為錨固力；r為懸吊圍巖體容重。

30515 回采巷道，頂部錨桿采用半徑為11 mm，長度為2.4 m 的左旋無縱筋高強螺紋鋼錨桿，錨桿間排距1 000 mm×1 000 mm；兩幫錨桿選用半徑為10 mm 的錨桿，長度與頂部錨桿相同，間排距取1 000 mm×1 000 mm。

3.2 錨索參數設計

為了加強錨固體的強度，30515 掘進工作面采用有預應力的錨索來加強支護。

1）用懸吊理論計算錨索長度。

式中：L為錨索長度；L1為外露錨索長度；L2為懸吊不穩定圍巖體厚度；L3為錨索錨固在穩定巖層中的長度。

2）錨索株距計算。

式中：A為錨索間距；Q為錨索錨固力，取17 t。

根據以上計算，選用半徑11 mm 的錨索，長度選8.3 m，錨索間排距為1 200 mm×2 000 mm。

4 圍巖位移觀測

選用ZP-25 型圍巖位移測定儀(離層儀)，淺基點量程0～150 mm、深基點量程0～250 mm，所有儀器必須安設在巷道中心線或交岔點的中心位置，巷道頂板完好時安裝距離為100 m，頂板破碎或過地質構造期間離層儀的間隔距離小于100 m，觀測結果如圖2 所示。

圖2 巷道圍巖位移量

由圖2 可知，經過設計的支護方式，巷道圍巖位移量頂板處最大，約發生在距離工作面200 m處，位移量大小為70 mm，兩幫位移量整體變化趨勢與頂板位移量相同，但其峰值小于頂板位移量，約為55 mm，圍巖離層量最大值約15 mm，離層量較小。經過數據分析可知，采用錨桿加錨索的支護技術可有效控制近距離煤層采空區下回采工作面的圍巖變形。

5 結論

1）探討了近距離煤層采空區下回采工作面的覆巖移動規律，指出重復采動下垂直向巖體的影響范圍受圍巖體性質、回采工藝以及承載層的影響，且承載層對該范圍大小起決定性作用。

2）結合某礦30515 工作面地質條件，提出了回采工作面順槽支護方式，并進行了支護設計和位移量觀測。數據表明，采用錨桿加錨索的支護方法取得了較好的效果。