復雜條件下近距離下位煤層巷道支護參數分析

閆永紅

（山西宏盛安泰煤業有限公司，山西 呂梁 033399）

煤礦構造復雜區域，采動應力分布復雜，動壓顯現明顯[1-2]。特別是在上層煤回采完畢，進行近距離下層煤層開采時[3-4]，下位煤層回采巷道受構造及采動壓影響，巷道礦壓顯現明顯，圍巖變形量較大[5-7]。

山西宏盛安泰煤業有限公司開采4、5、8、9號煤層，目前主采8、9 號煤層。由于安泰煤礦煤田相對較小，根據礦井接續需要，進行8#、9#煤層配采。8、9 號煤層距離近，且交替錯開開采，回采巷道易受相鄰工作面回采動壓影響，巷道受二次、三次采場擾動，部分回采巷道表現出明顯收斂、底鼓，巷道支護需要加強與優化。針對上述問題，結合支護設計和施工情況，以及當前煤層巷道錨桿（索）支護中存在的主要問題，根據巷道圍巖賦存條件，對9#煤層9203工作面回采巷道進行支護優化。

1 煤層及巷道概況

礦井主采煤層為8#、9#煤。8#煤層位于太原組中下部，頂板為石灰巖，底板為泥巖、砂質泥巖，煤層厚度1.92～2.80m，平均2.41m，屬穩定的全區可采煤層。8#煤底板掘進，8#煤抗壓強度在17.36～23.12MPa，平均20.562MPa，普氏堅固系數f ≥2，屬中硬，強度較高，煤體較發育，但完整致密。

9203 工作面屬于9#煤層，位于太原組下部，上距8#煤層平均17.05m，其頂板為泥巖，底板為泥巖、砂質泥巖，煤層厚度平均2.91m。9#煤底板掘進，9#煤抗壓強度在13.06～16.08MPa，平均14.33MPa，普氏堅固系數f＜2，煤體發育，強度低，頂板泥巖抗壓強度42.27～57.30MPa，平均51.69MPa，離散性大，抗拉強度平均2.47MPa，平均彈模16.26GPa，頂板彈模和抗拉強度均小。

2 回采巷道支護中存在的問題

針對礦井當前煤層巷道變形較大的現狀，結合現場采礦地質條件，巷道錨桿（索）支護中存在的主要問題如下所述：

（1）對區域地應力或工程環境缺乏深刻了解；

（2）對于錨桿與圍巖的相互作用缺乏深刻認識，重視頂板輕視兩幫支護，煤幫支護不夠，煤層巷道支護未形成整體；

（3）錨桿的可能失效。錨桿孔口圍巖處于單向或雙向應力狀態，而煤體的單軸抗壓強度較小，較大的錨桿載荷容易使孔口附近局部煤體破壞、破碎，使錨桿靠近巷道圍巖表面一側錨固失效而導致整根錨桿失效。

3 錨桿支護強度及錨固體厚度確定

采用數值計算方法，通過改變錨桿支護參數，得到煤層巷道變形與錨桿支護強度及錨固體厚度的關系，如圖1 所示。

圖1 巷道變形與錨桿支護強度的關系

1#、3#曲線為兩幫變形量， 2#、4#曲線為頂底板變形量。1#、2#曲線兩幫錨固體厚度1.0m，頂板錨固體厚度1.4m，3#、4#曲線兩幫錨固體厚度1.8m，頂板錨固體厚度1.8m。當錨固體厚度較小，錨桿支護強度提高0.45MPa，巷道變形很難有效控制。而增加錨固體厚度，巷道變形量顯著減小，兩幫更加明顯。就國內目前錨桿支護狀況，在實踐中繼續增大支護強度較困難。因此，對于煤層巷道來說，需要適當增加錨固體厚度。

4 錨桿力學性能試驗

對礦井日常使用錨桿進行拉拔試驗，試驗在中國礦業大學深部巖土與地下工程國家重點實驗室進行，試驗情況見圖2、表1 所示。

錨桿試驗表明，安泰目前使用的錨桿強度不能滿足當前礦區復雜、高應力條件下巷道圍巖控制需要，對于煤層巷道整體支護結構的形成不利，需使用強度更高的錨桿材料。

圖2 錨桿拉拔試驗

表1 錨桿力學指標比較

5 9203 工作面運輸巷道支護參數

針對安泰煤礦具體地質生產條件及復雜、高應力情況，為了充分發揮高強螺紋鋼錨桿支護中主動支護的作用，并考慮到9#煤變形機理的特殊性，提出以下設計原則：

（1）一次支護原則；

（2）高預應力和預應力擴散原則；

（3）“三高一低”原則；

（4）臨界支護強度與剛度原則；

（5）相互匹配原則；

（6）可操作性原則；

（7）安全經濟原則。

根據試驗結果及設計原則，提出以下巷道支護參數：

錨桿：Ф22mm 螺紋鋼錨桿，直徑為22mm，鉆孔直徑為28mm，錨桿長度為2200mm，錨桿排距900mm，頂板錨桿間距800mm，幫部錨桿間距850mm。錨固劑采用樹脂藥卷，中速樹脂藥卷加長錨固，錨固劑采用1 根CK2335，一根Z2360，錨固長度1.6m。

錨 索： 直 徑 為17.8mm， 頂 部 錨 索 長 度7250mm，幫部錨索長度3000mm，排距2700mm。頂部錨索每排3 根，中間錨索在巷道中線打入，左右兩根錨索距中間錨索1600mm 施工。幫部錨索每排1 根，在距巷道底板1400mm 處打入，鉆孔直徑為28mm。頂部根錨索采用1 根CK2335 和2 根Z2360 樹脂藥卷錨固，錨固長度2.04m，幫部每根錨索采用1 根CK2335 和1 根Z2360 樹脂藥卷錨固，錨固長度1.4m。支護斷面示意圖如圖3 所示。

圖3 回采巷道支護斷面示意圖

6 結語

由于安泰煤礦煤田相對較小，8、9 號煤層距離近，且交替錯開開采，煤田應力復雜，回采巷道易受相鄰工作面回采動壓影響，巷道或受二次、三次采場擾動，部分回采巷道表現出明顯收斂、底鼓，在復雜應力、高應力形成情況下，巷道支護需要加強與優化。