西曲礦近距離煤層回采巷道支護技術探析

楊 磊

（西山煤電西曲礦，山西 古交 030200）

西曲礦北一盤區下組煤8#煤層和9#煤層為石炭系上統太原組，層間距在1.3～4.9 m范圍內，平均層間距僅為2.88 m，屬于近距離煤層開采。由于上覆8#煤層的各個工作面已開采完畢，在開采其下方9#煤層時，9#煤層頂板圍巖的整體性、穩定性已遭到破壞，因此9#煤層工作面回采巷道的圍巖活動將會十分劇烈、變形破壞程度也會十分厲害，巷道支護也將非常困難。

1 工程概況

29106 工作面位于西曲礦北一盤區西部，北鄰西983 運輸大巷，南鄰已開采的29101 工作面，西鄰待開采的29107 工作面，東部為9 號煤未開采區域。地面位于港立村東南部，南坪村東北部，崖窯上回風井西南部，地表大部分被黃土覆蓋，蓋山厚度230～310 m。上覆8#煤層28106、28107 工作面已回采，29106 工作面煤層，厚度為2.07～3.20 m，平均2.75 m；傾角為2°～11°，平均5°。直接頂巖性平均厚度2.68 m的細粒砂巖，基本頂巖性為平均厚度7.82 m的石灰巖； 直接底巖性為平均厚度0.95 m的砂質泥巖，老底巖性為平均厚度2.21 m的中粒砂巖。

29106 工作面軌道巷承擔進料、進風的任務，皮帶巷承擔出煤、回風的任務。工作面兩條回采巷道均為矩形斷面，巷道寬、高分別為4.0 m、2.4 m。

2 回采巷道頂板巖層穩定情況

以29106 工作面軌道巷作為研究對象，巷道長度為980 m。

2.1 固定梁結構安全跨度

根據現有理論成果，將巷道頂板巖層兩端看作是固定梁結構進行分析，其安全跨度可由公式（1）進行計算。

式中：[σ]為回采巷道頂板巖層自身的許用應力，可由σ=σt/n進行計算，σt為回采巷道頂板巖層自身的極限抗拉強度；n為許用安全系數；h為回采巷道頂板直接頂厚度；q為作用于回采巷道頂板單位長度上的覆巖載荷。

將29106 工作面軌道巷相關參數代入式（1）可以得出，其安全跨度值為2.31 m，但其設計寬度為4.0 m，由此得出原始巷道頂板將會在開掘后逐漸發生垮落。

2.2 固定梁結構受力分析

根據固定梁結構相關力學理論，其中部位置所受彎矩最大，此彎矩值可由式（2）進行計算。

式中：Lm為回采巷道寬度。將29106工作面軌道巷相關參數代入式（2）可以得出，其頂板中部位置所受最大拉應力為34 MPa，而其直接頂細粒砂巖抗拉強度僅為26 MPa，由此得出原始巷道將會在開掘后從其頂板中部位置處逐漸出現斷裂。

從上述分析可以得出，29106 工作面軌道巷原巖承載能力較弱，加之上覆近距離的28106、28107工作面采空區，受采動影響29106 工作面軌道巷頂板巖層勢必更加破碎，因此設計采用具有較強主動承載能力的錨網索聯合支護方式。

3 回采巷道支護方案

29106 工作面軌道巷錨網索聯合支護的支護參數見表1。

表1 29106 工作面軌道巷支護參數

29016 工作面軌道巷錨網索聯合支護三視圖見圖1。

圖1 29106 工作面軌道巷支護

4 支護效果分析

4.1 支護監測布置

在29106 工作面軌道巷掘進至50 m、200 m處分別布置1 個礦壓監測站，各監測站分別安裝頂板離層監測裝置、兩幫位移監測裝置、錨桿應力監測裝置和錨索應力監測裝置。圖2 為29106 工作面軌道巷現場支護情況。

圖2 29106 工作面軌道巷現場支護情況

4.2 支護監測分析

根據所記錄的監測數據分別繪制圖3 和圖4的錨桿、錨索拉應力變化曲線和巷道頂板、兩幫圍巖變形量變化曲線。

圖3 巷道錨桿、錨索支護拉應力變化情況

圖4 巷道頂板、兩幫圍巖變形量變化情況

對圖3 和圖4 分析可知，29106 工作面軌道巷開掘后原巖應力狀態受到破壞，布置于巷道頂板的錨索和錨桿以及布置于巷道兩幫的錨桿，所受拉應力隨著時間推移均呈現出逐漸增大的現象，并且在開掘后第7 天到第10 天左右，所受拉應力保持在穩定范圍內基本不再增大，錨索拉應力保持在120 kN左右，頂錨桿拉應力保持在52 kN左右，幫錨桿拉應力保持在49 kN左右。巷道頂板、兩幫圍巖變形量在巷道開掘后隨著時間推移均出現大幅度增大的趨勢，并且在開掘后第10 天左右可以保持在穩定范圍內基本不再增大，頂板下沉量保持在88 mm左右，兩幫移近量保持在43 mm左右。

根據礦壓監測結果分析可知，本次近距離煤層回采巷道采用錨網索聯合支護形式，具有較強的主動承載能力，巷道圍巖能夠保持相對穩定，保證了回采巷道現場作業空間，有利于工作面安全高效生產。

5 結語

對29106 工作面軌道巷頂板圍巖穩定性進行分析研究的基礎之上，確定了該回采巷道采用錨網索聯合支護形式，并細化具體支護參數?；夭上锏篱_掘后通過布置兩個礦壓監測站對支護效果進行日常跟蹤，對礦壓監測數據進行分析后得出，采用該支護方案能夠使巷道圍巖保持相對穩定，滿足工作面安全回采要求；并對西曲礦8#煤層下方近距離開采的9#煤層的其他工作面回采巷道的支護設計具有指導作用。