雙重動壓下近距離煤層采空區下巷道補強支護設計

孟曉亮

（山西焦煤西山煤電晉興能源有限公司斜溝煤礦，山西 呂梁 033000）

1 概況

斜溝煤礦15采區同時開采6#煤、8#煤。由于上覆的6#煤層與下部的8#煤在回采時存在壓茬關系，因此需提前考慮將上覆的6#煤進行回采，同時加快下部8#煤層開采，為13#煤的開發提前做好準備。掘進正在回采的8#煤工作面鄰近巷道時，受到雙重動壓影響，在進行該巷道支護設計時，常用的設計理論不足以應對相應問題。

2 圍巖失穩影響因素

2.1 采動影響

18505皮帶巷與上覆16501工作面平均層間距為19m，與鄰近正在回采的18503工作面之間有20m的保護煤柱。18503工作面回采期間，老頂周期性回旋和垮落，頂板內高應力區會向橫向和縱向延伸，18505皮帶巷頂板在受影響范圍之內。此外18505工作面與上覆16501工作面采空區只有19m層間距，受18503工作面二次采動影響以及采空區側向支撐壓力作用影響，18505皮帶巷頂板以及巷道幫部礦壓顯現較為明顯。

2.2 頂板巖性影響支護效果

煤巷頂板穩定性受巖性強度影響較為明顯。18505皮帶巷在煤層中掘進，直接頂有一層1～2.0m泥巖，泥巖穩定性較差，原巷道設計支護錨桿長度為2.2m，錨桿有效長度正好錨固在泥巖部分，造成頂板一部分支護屬于無效支護，頂板局部容易出現失穩現象，不易維護和治理。

2.3 巷道支護強度偏弱

18505皮帶巷頂板支護強度設計偏弱主要體現在兩點：（1）根據懸頂理論和自然平衡拱理論，錨索錨固段懸掛在穩定巖層內的長度不應小于2m，但是當巷道受到采動影響，尤其是在雙重動壓影響下，巷道頂板錨索設計長度應該加長；（2）原設計中錨索間排距偏大，頂板局部在受到雙重動壓影響后，容易出現垮落的現象，起不到將頂板完整懸吊的作用。

18505皮帶巷受雙重動壓影響，其煤柱幫處在高應力疊加區，巷道支護設計時應與工作面幫區別對待，但是原支護方案卻采用了同一種支護設計，煤柱側幫支護強度偏弱，在雙重動壓影響下，易發生鼓幫、片幫，巷道圍巖不易平衡穩定。

3 巷道補強支護設計

3.1 補強支護方案

巷道補強支護設計不僅需要理論分析，同時還需要基于現場圍巖實際發生變形、位移、離層的位置和范圍來確定，原因在于頂板離層發生在錨桿錨固區、錨索懸吊區，補強支護方案是不同的。本設計方案中，基于鉆孔成像技術，對巷道圍巖進行實際布孔觀測，同時，結合礦壓理論分析，提出了補強支護設計方案。如表1所示，巷道頂板和兩幫分別進行了加固設計。

表1 巷道補強支護參數

3.2 驗證巷道補強支護設計合理性

為了更好地驗證補強支護設計方案的合理性，首先采用數值模擬的方法進行驗證。根據18505掘進工作面上覆和臨近工作面布置示意圖，建立了摩爾庫倫模型。分別模擬加固設計方案前后，巷道圍巖變形情況，從而驗證采用本文加固設計方案的合理性。本文在進行FLAC3D數值模擬后，對結果進行了切片處理，以下是模擬結果：

（1）巷道圍巖力分布規律

圖1 原有巷道應力圖

圖2 加強支護巷道應力圖

結合圖1、圖2模擬結果，可以看出：原支護方案由于錨桿（索）長度短，錨索支護密度低，巷道兩幫及頂板處在高應力區。采用加固支護方案后，巷道兩幫及頂板形成了一個整體，圍巖內部高應力區有向周邊轉移的趨勢，巷道圍巖所處的應力區強度有明顯的降低。

（2）巷道圍巖變形規律

圖3 原有巷道位移圖

圖4 補強支護巷道位移圖

如圖3、圖4模擬結果所示：原設計支護強度下，巷道圍巖頂板及兩幫均出現了較為明顯的變形量。其中，頂板發生了100mm的下沉，工作面幫發生了40mm位移，煤柱幫發生了90mm的位移，而采用加固設計方案后，巷道兩幫以及頂板位移變形了有了明顯的減小：頂板下沉量縮減為26mm，兩幫位移量也分別縮減為22mm和30mm。

4 18505皮帶巷巷道位移實際觀測

采用多點位移計觀測巷道受采動影響下圍巖變形隨時間變化情況。布點觀測數據整理如圖5所示。

圖5 位移變化曲線圖

通過數據分析可知：18505皮帶巷采用補強支護后，巷兩幫移近量變化最大值不超過20mm，說明采用補強支護后可以有效控制18503工作面回采對18505皮帶巷圍巖穩定性影響。

5 結論

（1）基于巖體失穩后易沿著巷道頂板邊緣發生錯動的機理，巷道角錨桿打設要有一定的打設角度，本設計中角錨桿打設角度為75°。

（2）本文通過加長錨桿（鎖）長度和補強錨索支護密度的方法可以有效解決雙重動壓對18505皮帶巷圍巖穩定性的影響。