采空區煤柱下回采巷道圍巖支護優化

董 建

（大同煤礦集團鐵峰煤業有限公司，山西 大同 037000）

當巷道在采空區下掘進時，特別位于上覆采空區遺留煤柱下方時，巷道圍巖處于高應力區，圍巖應力大，掘進后巷道圍巖控制困難。南陽坡煤礦5#層5111 巷位于3#層煤柱下方高應力區內，在回采過程中還要受到動壓的影響，按現行支護方案巷道存在嚴重變形及破壞的可能性，可能出現頂板大量下沉、底板嚴重鼓起、兩幫快速移進和炸幫等現象，同時巷道掘進速度緩慢。因此急需提出合理的支護形式，優化錨桿、錨索設計參數，來解決高應力區內受采動影響下巷道大變形及破壞問題，同時提升巷道掘進效率。

1 工程概況

鐵峰煤業南陽坡煤礦5#煤層賦存較為穩定，厚度10～12 m，煤層頂板以泥灰巖、泥巖以及細砂巖為主，底板為粉砂巖。5111 回采工作面平均埋深185 m，開采的5 號煤層傾角平均6°，設計走向、傾向長分別為892 m、180 m。該回采工作面上覆為3 號煤層采空區，5111 巷位于上覆3 號煤層保護煤柱下方。

5111 巷原計劃支護采用錨網索+工字鋼支護方式，具體支護參數見表1。

表1 巷道原支護參數

2 支護優化參數模擬分析

2.1 支護參數初始設計

針對5111 巷原始支護方案，結合巷道掘進圍巖巖性特征，對巷道支護參數進行優化。通過提升錨桿、錨索支護強度，充分發揮圍巖自身承載能力，從而取消工字鋼架棚，簡化巷道支護流程。

具體初始改進設計為：

頂板錨桿規格為Φ22 mm×2.4 m，間排距為0.9 m×1.0 m。

頂板錨索規格為Φ17.8 mm×6.3 m，間排距改為1.8 m×2.0 m，每排3 根錨索。

在采面幫與原支護采用的錨桿規格一致，在煤柱幫由螺紋鋼錨桿改為玻璃鋼錨桿，每幫由2 根錨桿增加至3 根，間排距改為1.2 m×1.0 m。

2.2 模擬結果分析

采用FLAC3D軟件對改進支護的巷道變形量進行分析，得知頂板、底鼓、巷幫移近量最大分別為122 mm、43 mm、275.3 mm。巷道周邊巖層塑性區分布范圍在0～1.2 m 之間，處于錨桿支護范圍內，同時錨桿受力較為合理，優化后頂錨桿最大屈服強度500 MPa，優化后的支護方案可以滿足5111 巷穩定性需要。

3 支護參數優化后圍巖控制方案

依據5111 巷初始改進后的模擬結果及巷道圍巖地質條件，最終形成巷道優化支護方案。巷道支護采用錨網索+鋼托盤+W 鋼帶方式，具體見表2，巷道支護斷面如圖1 所示。

表2 支護優化后參數

圖1 巷道支護優化后斷面

4 優化后巷道圍巖變形觀測

采用優化后的巷道支護參數掘進巷道后，每隔20 m 布置一個監測站觀測巷道圍巖變形情況。具體巷道支護參數優化前后的圍巖變形如圖2、圖3所示。

圖2 巷道原支護參數圍巖變形情況

巷道在原支護參數下頂底板、巷幫最大變形量為355 mm、332 mm，支護參數優化后，巷道頂底板、巷幫最大變形量降低至48 mm、32 mm，圍巖控制取得顯著效果。優化后的巷道支護參數可以保證巷道圍巖穩定，省去架棚環節，減少巷道支護耗時，提升了巷道支護效率。

圖3 巷道支護參數優化后圍巖變形情況

5 結語

對5111 巷原支護采用錨網索+金屬架棚方式無法有效應對采空區煤柱下方巷道的高應力集中，在綜合分析基礎上，通過采用提升錨桿、錨索支護強度，用單一錨網索支護代替架棚支護，充分發揮圍巖自身承載能力，取消工字鋼架棚，簡化巷道支護流程。優化后的巷道支護工藝及參數不僅可以降低巷道圍巖變形量，同時省去架棚環節，效果顯著。