云岡礦近距離煤層回采巷道支護(hù)技術(shù)研究

閆志青

(大同煤礦集團(tuán) 云岡煤礦，山西 大同 037017)

近距離煤層在我國各大礦區(qū)廣泛分布，尤其隨著開采規(guī)模的不斷擴(kuò)大，上層煤已逐漸開采完畢，下層煤已經(jīng)開始回采，由于兩煤層之間距離較小，上煤層回采過程中已經(jīng)提前對(duì)底板進(jìn)行了破壞，上煤層遺留煤柱應(yīng)力向底板深處傳遞，對(duì)下煤層回采及巷道圍巖穩(wěn)定性帶來極大的影響[1-3]。本文以云岡礦近距離煤層51116巷道支護(hù)為背景，通過分析下煤層頂板破壞特征，針對(duì)層間距制定了不同的支護(hù)方案。

1 工程概況

云岡礦81116工作面位于該礦311盤區(qū)，主采11-2號(hào)煤層，工作面寬度120 m，推進(jìn)長度1 258 m，平均煤厚3.4 m，傾角2～6°。工作面直接頂為細(xì)粉砂巖互層，平均厚度2.6 m，老頂為中砂巖，平均厚度31.7 m，直接底為細(xì)粉砂巖互層，平均厚度3.5 m。81116工作面上覆為11-1號(hào)煤，煤層厚2.8 m，采用綜合機(jī)械化采煤工藝進(jìn)行回采，目前已經(jīng)回采完畢，兩煤層層間距為1.8～6 m，屬于典型的近距離煤層。受到上覆11-1號(hào)煤層遺留煤柱應(yīng)力影響，81116工作面的51116回風(fēng)巷圍巖變形嚴(yán)重。51116巷道相對(duì)位置關(guān)系如圖1所示。

圖1 51116巷相對(duì)位置關(guān)系示意

2 近距離上煤層開采影響分析

在近距離上煤層開采過程中，勢(shì)必對(duì)底板造成一定的破壞，特別是在兩煤層層間距很小的情況下，上煤層開采造成的破壞會(huì)穿過層間巖層傳遞到下煤層當(dāng)中，在下煤層未開采之前就受到了一定程度的影響[4-5]。根據(jù)滑移線場(chǎng)理論，可得到煤層底板巖體最大破壞深度hσ：

(1)

將上述數(shù)據(jù)代入公式(1)，得出上煤層回采后底板巖體最大破壞深度為4.07 m。

3 巷道支護(hù)設(shè)計(jì)

根據(jù)近距離煤層下煤層頂板破壞深度特征，51116巷道圍巖穩(wěn)定性控制要根據(jù)不同層間距采取不用的支護(hù)方式。當(dāng)層間距較大時(shí)，上煤層回采后重新分布后的應(yīng)力對(duì)于下煤層影響較小，對(duì)底板破壞深度也不能延伸到下部煤層；當(dāng)層間距較小時(shí)，上煤層回采后重新分布后的應(yīng)力對(duì)下煤層影響大，在煤層未回采前就發(fā)生擾動(dòng)破壞，下煤層巷道頂板裂隙勢(shì)必發(fā)育，破損程度高。

鑒于該礦11-1號(hào)和11-2號(hào)煤層層間距為1.8～6 m，對(duì)于51116巷道應(yīng)采用分段支護(hù)設(shè)計(jì)來保證巷道圍巖穩(wěn)定性，在層間距小于4 m和大于4 m時(shí)，分別采用不同的支護(hù)方式。

3.1 層間距小于4 m時(shí)支護(hù)設(shè)計(jì)

當(dāng)層間距小于4 m時(shí)，由于受到上煤層回采的影響， 51116巷道頂板提前遭受損傷破壞，因此決定采用“錨桿+錨索+工字鋼棚”聯(lián)合支護(hù)方案。支護(hù)設(shè)計(jì)如圖2所示。巷道尺寸為3.6 m×2.6 m，采用11號(hào)工字鋼棚，兩端用錨桿起吊，單體液壓支柱輔助支撐，工字鋼棚長3 400 mm；頂板采用高強(qiáng)度螺紋鋼錨桿，錨桿長度2 200 mm，直徑18 mm，錨桿間排距為800 mm，邊錨桿距巷幫200 mm，并要求向巷幫側(cè)傾斜30°；錨索距兩巷幫1 400 mm處設(shè)置，長度6 200 mm，直徑17.8 mm，間排距800 mm。在頂板破碎或巷道壓力較大時(shí)，鋪設(shè)菱形金屬網(wǎng)。

3.2 層間距大于4 m時(shí)支護(hù)設(shè)計(jì)

當(dāng)層間距大于4 m時(shí)，由于受到上煤層回采的影響較小，頂板的完整性較好，因此決定采用“錨桿+錨索”聯(lián)合支護(hù)方案。支護(hù)設(shè)計(jì)如圖3所示。頂板采用高強(qiáng)度螺紋鋼錨桿，錨桿長度2 200 mm，直徑18 mm，錨桿間排距1 000 mm，邊錨桿距巷幫300 mm，并要求向巷幫側(cè)傾斜30°；巷道中心位置打設(shè)1排錨索，長度6 200 mm，直徑17.8 mm，間距1 000 mm。

圖2 層間距小于4 m時(shí)支護(hù)設(shè)計(jì)(mm)

圖3 層間距大于4 m時(shí)支護(hù)設(shè)計(jì)(mm)

4 工業(yè)試驗(yàn)

為驗(yàn)證支護(hù)方案的科學(xué)性，在51116巷進(jìn)行了工業(yè)性試驗(yàn)，并對(duì)圍巖移近量及錨桿、錨索受力等進(jìn)行了監(jiān)測(cè)。在巷道掘進(jìn)過程中，采用十字布點(diǎn)法對(duì)巷道圍巖移近量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，圖4為巷道圍巖移近量在工作面掘進(jìn)過程中的變化趨勢(shì)。由圖4可知，51116巷圍巖移近量隨工作面掘進(jìn)逐漸增加，當(dāng)工作面掘進(jìn)70 m后趨于穩(wěn)定。最終巷道頂?shù)装逡平糠€(wěn)定在83 mm，兩幫移近量穩(wěn)定在94 mm。巷道圍巖移近量變形相對(duì)較小，證明該支護(hù)方案能有效控制巷道圍巖變形。

現(xiàn)場(chǎng)采用錨桿應(yīng)力計(jì)對(duì)巷道支護(hù)錨桿、錨索受力情況進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)周期為40 d，進(jìn)一步分析巷道整體受力情況。監(jiān)測(cè)結(jié)果如圖5所示。由圖5可知，在51116巷道掘進(jìn)期間，錨桿、錨索受力較為穩(wěn)定。巷道掘進(jìn)前10 d，錨桿、錨索受力出現(xiàn)了小幅度上升，之后趨于穩(wěn)定，最終錨桿軸力穩(wěn)定在34 kN，錨索軸力穩(wěn)定在57 kN，且錨索受力整體要大于錨桿的受力，充分說明錨索是主要受力體，對(duì)保證巷道圍巖穩(wěn)定性起到了關(guān)鍵作用。

圖4 巷道圍巖移近量變化規(guī)律

圖5 錨桿、錨索軸力變化趨勢(shì)

5 結(jié) 語

1) 通過理論計(jì)算，得出了云岡礦近距離煤層上煤層回采過程中底板的最大破壞深度為4.17 m。

2) 以4 m為界，對(duì)層間距小于4 m和大于4 m分別制定了“錨桿+錨索+工字鋼棚”聯(lián)合支護(hù)方案和“錨桿+錨索”聯(lián)合支護(hù)方案。

3) 通過現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，頂?shù)装遄畲笠平繛?3 mm，兩幫最大移近量為94 mm；錨桿軸力為34 kN，錨索軸力為57 kN，支護(hù)設(shè)計(jì)中錨索是主要受力體。