近距離采空區下綜采巷道分區支護技術

孟德方

（霍州煤電集團呂梁山煤電有限公司，山西 方山 03300）

1 工程背景

木瓜礦屬于霍州煤電集團，開采井田位于山西呂梁。地質資料顯示，木瓜礦某工作面開采10#煤層，上覆距離2.0～10.0 m 為9#煤層采空區，煤層厚度為2.95 m；直接頂為泥巖，厚度1.2 m；基本頂為砂質泥巖，厚度1.4 m；直接底為泥巖（黑色），厚度0.8 m；基本底為泥巖（灰白色），厚度2.84 m。受上煤層（9#煤層）采動影響，10#煤層頂板完整性較差。工作面采用綜合機械化方法采煤，回采巷道設計采用錨網索支護，頂錨桿直徑20 mm、長2.5 m；幫錨桿直徑16 mm、長1.6 m；頂幫錨桿間距0.88 m，排距1.0 m，錨桿托盤為130 mm×8 mm×10 mm鋼托盤；頂錨索加強支護，直徑18.9 mm、長6.2 m、間距2.0 m、排距3.0 m，圖1為巷道原支護斷面圖。由于9#煤層和10#煤層層間距是變化的，不同層間距下綜采巷道的頂板巖層受到的采動影響程度不一，其穩定性具有差異性。同時，現場考察鄰近工作面巷道采用該支護方案，層間距較小的區域，巷道變形破壞嚴重，局部存在冒頂現象，最大底鼓量超過1.5 m；而層間距較大的區域巷道變形量在可控范圍內，表明采用單一的支護方式對于該類巷道具有一定的局限性，需分析不同區域綜采巷道圍巖的穩定性，據此確定相關的支護技術和參數。

圖1 巷道原支護斷面

2 綜采巷道圍巖穩定性分析與分區域支護技術

由于9#煤層和10#煤層層間距較小，上煤層開采導致下煤層頂板出現結構性改變，頂板巖層出現大量裂隙，完整性極差，甚至存在破碎矸石狀，根據現場反饋，試驗巷道頂板有巖層大致可分為4 類，包括松散狀態頂板、破碎狀態頂板、裂隙發育狀態頂板、正常頂板。

1）松散狀態頂板是指煤層間距較小（2.0 m），受采動超前應力影響，頂板巖層極為破碎，類似冒落矸石狀態，工作面回采時，支架無法實現有效接頂，影響正常回采工作，現場施工發現由于頂板巖層破碎嚴重，錨索無法有效錨固在穩定頂板巖層。因此，該類巷道掘進時應制造人工假頂，輔助棚式和錨網支護。棚式支護采用11#礦用工字鋼支護，棚距0.7 m，頂錨桿直徑20 mm、長2.0 m；幫錨桿直徑16 mm、長1.6 m，間距0.7 m，排距0.7 m；頂錨桿配1 支CK2340、1 支Z2360 樹脂錨固劑，預緊扭矩不低于260 N·m，幫錨桿配1 支Z2360 樹脂錨固劑，預緊扭矩不低于200 N·m；頂幫錨桿均配130 mm×8 mm×22.5 mm 碟形墊片；頂幫圍巖表面均鋪設由12#鐵絲編制而成菱形金屬網，金屬網規格分別為5.2 m×1.2 m、3.3 m×1.2 m，搭接長度不低于0.1 m，支護參數見圖2。

圖2 松散狀態頂板巷道支護斷面

2）破碎狀態頂板是指煤層間距處于2.0～4.0 m范圍內，頂板巖層具備一定的成型結構。該類巷道掘進采用單體鉸接頂梁+錨網支護。單體采用DN28-250/90 內注式單體液壓支柱，鉸接頂梁采用π型梁，一梁三柱，柱距1.0 m，π型梁長4.9 m；單體初撐力不小于18 MPa，錨桿和金屬網參數參照松散狀態頂板巷道支護確定，支護參數見圖3。

圖3 破碎狀態頂板巷道支護斷面

3）裂隙發育狀態頂板是指煤層間距處于4.0～7.0 m 范圍內，頂板巖層相對完整，但受上覆采動影響存在明顯裂隙發育狀況。該類巷道掘進采用錨網索加強支護（頂幫錨桿規格與原支護相同，間排距減小）即可。錨桿間排距由0.88 m 和1.0 m，縮減至間距0.7 m，排距0.8 m；錨索間排距由2.0 m和3.0 m，縮減至間距1.4 m，排距1.6 m，由每排2 根增加至3 根；金屬網參數參照松散狀態頂板巷道支護確定，錨索配套4 支樹脂錨固劑（2 支CK2340、2 支Z2360）；同時配套規格300 mm×300 mm×16 mm 的錨索鋼板托盤，預緊力應不低于35 MPa，支護參數見圖4。

圖4 裂隙發育狀態頂板巷道支護斷面

4）正常頂板是指煤層間距大于7.0 m，頂板巖層受采動影響較小，巖層結構完整的頂板。該類巷道掘進采用原錨網索支護技術和參數即可，具體支護參數見圖1。

3 綜采巷道變形破壞特征實測分析

采用提出的分區域支護技術和參數應用于試驗巷道，在工作面正常回采期間監測了巷道圍巖變形，工作面回采期間超前20～40 m 范圍內巷道開始出現變形現象。其中，松散狀態頂板區域巷道變形量最大，頂底變形約320 mm，兩幫變形約215 mm；破碎狀態頂板區域變形量次之，頂底變形約253 mm，兩幫變形約177 mm；裂隙發育狀態頂板區域頂底變形約202 mm，兩幫變形約134 mm；正常頂板區域巷道變形量最小，頂底變形約135 mm，兩幫變形約98 mm。試驗巷道服務期內的圍巖變形均在允許范圍內，表明采用設計的分區域支護技術和參數有效控制了木瓜礦近距離采空區下綜采巷道圍巖變形，實現了工作面的安全高效回采。

4 結語

分析了近距離下煤層綜采巷道圍巖穩定性，根據上下煤層不同間距對下煤層巷道頂板巖層采動影響程度，將回采巷道頂板劃分為松散狀態頂板、破碎狀態頂板、裂隙發育狀態頂板、正常頂板等4 類；并提出了不同區域支護技術和參數，同時現場實測了綜采面回采期間試驗巷道變形破壞狀況。根據巷道變形情況，將巷道劃分為采動緩慢變形區域、采動快速變形區域、采動強烈變形區域3 個區域。礦壓觀測結果表明采用設計的分區域支護技術實現了木瓜礦近距離采空區下綜采巷道圍巖的穩定控制。