相鄰工作面回采影響下巷道掘進支護方案優化

楊茂生

(山西煤炭運銷集團 神農煤業有限公司，山西 高平 048402)

1 工程概況

山西煤炭運銷集團神農煤業有限公司位于山西省高平市神農鎮嶺東村、陳區鎮土堤、藏造、西坡村等一帶，距高平市東北約17 km，開采15號煤層，全井田15號煤層共劃分為4個采區，分別為一采區、三采區、四采區、五采區。首采區為一采區，一采區可布置3個綜采工作面，現正在回采15101工作面，15102工作面兩巷正在掘進中，兩工作面間的區段煤柱寬度為20 m，兩工作面位置關系如圖1所示。15號煤層傾角為3～10°，煤層厚度3.6～4.0 m，平均厚度3.79 m，無夾矸，結構簡單。頂板為灰質泥巖、K2灰巖；底板為泥巖或粉砂巖。

圖1 15101工作面與15102工作面的位置關系

15102運輸巷為4.5 m×4.0 m的矩形斷面，原設計支護方案為錨網索支護，頂錨桿采用D20 mm×1 600 mm的左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，錨桿間排距均為1 000 mm，巷道頂板每排布置5根錨桿，其中靠近巷道肩窩處錨桿以75°外扎角進行安設，其余錨桿均垂直巷道表面；頂板錨索采用D17.8 mm×4 200 mm的預應力鋼絞線錨索，垂直布置于巷道頂板的中央，排距為3 000 mm；兩幫采用D20 mm×1 600 mm的螺紋鋼錨桿，每幫每排布置4根，間排距為1 100 mm×1 000 mm，巷道支護示意如圖2所示。

受15101工作面回采動壓影響，15102運輸巷在掘進過程中巷道局部出現鼓出、破碎的現象，頂板出現下沉，部分巷段有垮落現象，圍巖變形嚴重，影響到了巷道的正常使用。

圖2 15102運輸巷錨桿支護布置(mm)

2 巷道破壞現狀及特征

2.1 巷道破壞現狀

對15102運輸巷圍巖的相關力學參數進行了實測，依據15102運輸巷的圍巖特性和變形破壞現狀，將整條巷道劃分為三段：

1) 采動影響前。此段開掘較早且離15101回采工作面較遠，受掘進和采動影響不大，巷道變形不大，圍巖比較穩定，在原支護條件下巷道圍巖基本穩定。

2) 受采動影響中。此段巷道位于15102運輸巷中段，與15101回采工作面直線距離最短，掘進迎頭受到劇烈的回采動壓影響，屬于采掘交鋒段。周圍巖層存在一些松軟巖層的明顯特征，強度低比較破碎，孔隙比較多。這段巷道之前受到巷道采掘的影響以及鄰近工作面回采擾動引起的礦壓影響，出現一些頂底板破碎、鼓出等現象，但是從整體來看巷道比較完整[1-3]。

3) 受采動影響后。此段巷道屬于沿15101工作面采空區掘進段，受動壓影響后運輸巷地質條件較差，掘巷期間頂板穩定性較差，這直接導致頂板不實，對煤礦的安全生產造成了一定的威脅。

2.2 巷道變形破壞特征

15102運輸巷出現了一些松軟巖層的特征，且比普通的松軟巖層巷道表現的情況更加復雜，展現的破壞特征也比較多。從巖性方面來講，巖體本身的強度比較低，從外在因素來講，該運輸巷受到鄰近巷道施工、采動影響，巷道的一些破壞特征和采動引起的動壓強度以及動壓發生的時間長短有關系。

2.3 巷道圍巖破壞失穩機理

15102運輸巷受到鄰近15101工作面回采引起的動壓影響，周圍巷幫原有的應力平衡遭到破壞，恢復原有的應力平衡很困難，破壞之后將產生大量的裂隙，原有的裂隙繼續發育，裂隙不斷變大，只要一直受到動壓影響，這種裂隙擴展就會一直存在，且不斷發育，而且隨著時間的推移，這種情況會越來越糟。

綜上所述，在回采動壓影響下，巷道原有支護方式無法保證巷道圍巖的穩定，必須對巷道進行補強支護[4-5]。

3 補強支護方案設計

根據巷道實際現場情況，對巷道進行補強支護設計，具體方案為，在原有巷道支護參數基礎上進行補強支護，靠近15101工作面一側巷道頂板和幫部分別補打1根D17.8 mm×5 400 mm鋼絞線錨索，補打錨索排距為3 000 mm，頂錨索距離巷幫1 250 mm、幫錨索位于巷幫中心位置，具體如圖3所示。

4 圍巖控制效果分析

為考察巷道補強支護后圍巖控制效果，在工作面前方120 m處建立巷道圍巖變形觀測站，對巷道頂底板及兩幫圍巖變形進行觀測，觀測結果如圖4所示。從圖4可以看出：

1) 巷道頂底板及兩幫的變形量隨與工作面距離的縮短而逐漸增加，當掘進迎頭與回采工作面相距40～50 m時，巷道圍巖出現快速變形，當二者距離為零時達到最大值；

2) 頂板和底板是巷道變形的主要發生部位，其中底鼓變形量最大，占到了頂底板總變形量的79%；兩幫也發生了變形，但是變形量相對較小。

圖3 運輸巷補強支護示意(mm)

圖4 巷道圍巖變形曲線

5 結 語

15102工作面運輸巷與15101工作面回采相向掘進，在15101工作面動壓影響下，原支護方案支護強度不夠，巷道頂板出現破碎現象，圍巖變形嚴重，通過對巷道進行補強支護后，其最大移近量控制在250 mm之內，說明補強之后巷道內的錨桿錨索起到了應有的主動支護作用，滿足了巷道使用要求。