采空區下近距離煤層回撤通道支護技術實踐

邢永亮

（國家能源集團烏海能源黃白茨煤礦，內蒙古 烏海 016030）

近距離煤層群開采時，上部煤層回采造成底板裂隙發育，破壞下部煤層圍巖完整性。上部煤層回采產生應力集中現象，通過巖層傳遞到下部煤層，給下部煤層的巷道布置及支護帶來了困難[1-5]。

黃白茨煤礦9#煤層和10#煤層層間距較小，020911 工作面回采結束后造成采空區下底板破碎，021005 回撤通道液壓支架回撤困難。為此，需要采用新的支護方案，保證液壓支架順利回撤。

1 工程概況

9#煤層與10#煤層間距0.3～20.3 m，平均厚度為3.7 m。021005工作面10號煤層厚度0.65～3.23 m，平均厚度為2.3 m，煤層結構簡單。煤層產狀走向174°，傾向84°，傾角3°～13°，平均傾角7°。直接頂為泥巖、粉砂巖，厚度0.5～4 m，無基本頂；煤層直接底為細砂巖，平均厚度21 m。021005 回撤通道寬3 m，高2.8 m，從運輸巷開始0～40 m 位于020911 工作面采空區下方，40～80 m 位于空巷和區段煤柱下方，80～216 m 位于實體煤下。021005回撤通道立體關系層位圖如圖1。

圖1 2310 巷片幫煤柱聯合支護斷面示意圖

圖1 021005 回撤通道立體關系層位圖

由于9#煤和10#煤的層間距為3.7 m，10#煤層頂板受上部9#煤層采動影響，造成10#煤層頂板破碎，使得該煤層頂板極不穩定且難維護。為此，研究回撤通道合理的支護方案和參數，對指導淺埋煤層末采工作面安全回撤具有重要意義。

2 近距離上位煤層采動影響分析

2.1 數值模型建立

采用有限元差分數值計算軟件FLAC3D進行模擬，以9#煤層和10#煤層地質條件為原型，分析上煤層工作面回采對021005 回撤通道的影響。建立沿煤層傾向的物理模型，計算模型長×寬×高為250 m×170 m×80 m，在數值模型的上部施加5 MPa的自重均布載荷（模型上部邊界埋深200 m），模型底邊和左右邊界固定。數值模型如圖2，巖層材料 力學參數見表1。

圖2 數值計算模型圖

表1 巖層力學參數表

2.2 近距離煤層采動應力演化規律

為了研究020911 工作面回采過程中回撤通道所處位置的垂直應力和水平應力演化規律，分別取020911 工作面前方0～30 m 進行研究，如圖3。

圖3 021005 處回撤通道處水平應力與垂直應力云圖

由圖3 可知，021005 回撤通道圍巖應力具有如下特征：

（1）020911 工作面回采過程中，在距離回采工作面前方30 m 時，021005 回撤通道所處位置基本不受擾動影響，垂直應力和水平應力基本保持穩定。

（2）對020911 回采工作面前方20 m 位置研究，發現在021005 回撤通道位置處垂直應力大小變化不明顯，均在8～10 MPa，但水平應力大小逐漸增大，其影響范圍也逐漸擴大。

（3）對020911 回采工作面前方10 m 位置研究，發現當020911 工作面回采過后，巷道所處位置垂直應力達到峰值為13 MPa，水平應力增大區域影響范圍持續擴大。

（4）對020911 回采工作面前方0 m 位置研究，發現021005 回撤通道位置處垂直應力變化不明顯，垂直應力變化在2～6 MPa，水平應力區域也基本穩定。

綜上，在020911 工作面回采過程中，受020911 工作面的采動影響，煤柱及底板應力重新分布，其中水平應力變化值遠大于垂直應力變化值。在021005回撤通道位置處，底板水平應力急劇升高，產生水平應力增高區，隨著020911 工作面不斷回采，在工作面前方30 m 左右達到峰值，影響范圍也達到最大；垂直應力主要受上覆巖層的影響，垂直應力變化不明顯，020911 回采工作面前方10 m，垂直應力達到峰值為13 MPa。

2.3 上煤層開采底板破壞深度

根據數值計算結果得出：020911 回采底板最大屈服破壞深度為7.08 m。當煤層層間距小于7.08 m時，10#煤頂板受采動影響處于塑性屈服破壞范圍內，需采取破碎頂板控制技術，實現021005 工作面的安全開采。

3 回撤通道注漿加固方案

3.1 注漿方案

回撤通道：運輸順槽至80 m 段加固高度6 m，加固寬度10 m，80 m 至回風順槽段加固高度7 m，加固寬度8 m，注漿加固具體如下：

（1）距停采線8 m、6 m、4 m、2 m、0 m 時，回撤通道運輸順槽至80 m 段在支架伸縮梁間每隔1 架打設1#鉆孔（孔深7000 mm、傾角60°、間距2.7 m），注漿管Φ20 mm 長2.5 m，注漿壓力≤2 MPa。

距停采線6 m、4 m、2 m、0 m 時，80 m 段至回撤通道回風順槽在支架伸縮梁間每隔1 架打設2#鉆孔（孔深8000 mm、傾角60°、間距2.7 m），注漿管Φ20 mm 長3.5 m，注漿壓力≤2 MPa。

（2）回撤通道施工完成后，施工3#鉆孔（孔深6000 mm、傾角90°、間距2.7 m），孔深以鉆至9#煤采空區為準，注漿管Φ20 mm 長2.5 m，注漿壓力≤2 MPa。

3.2 錨桿索支護方案

采用工字鋼梁+單體液壓支柱支護方式。回撤通道頂板采用直徑20 mm、長2000 mm 的高強度螺紋鋼錨桿，間排距為900 mm×1000 mm；錨索采用直徑21.8 mm、長9300 mm 的鋼絞線，二一二布置，間排距1800 mm×1000 mm。幫部采用直徑18 mm、長度為1800 mm 的螺紋鋼錨桿，間排距為750 mm×1000 mm。在靠近煤幫處打設兩排單體支柱，靠近液壓支架處打設一排單體支柱。回撤通道支護斷面圖如圖4、圖5。

圖4 回撤通道支護斷面圖（采空區下）

圖5 回撤通道支護平面圖

4 應用效果

采取加固措施后，采用十字觀測法觀測，共設置4 個表面位移觀測點，同時安裝錨桿測力計和頂板離層儀，安排專人觀測，觀測期為安裝之日至回撤通道回撤結束。從觀測數據和巷道現場觀測狀況看，效果十分明顯。

注漿加固后，15 d 內巷道表面基本無明顯位移，頂板離層量不超過5 mm，表明頂板巖層內未出現大的離層現象，頂板較為穩定，說明破碎頂板通過注漿后，大大提高了頂板的整體性和圍巖強度，可以有效控制頂板的變形，維護頂板結構的基本穩定。

5 結語

（1）分析了近距離煤層群下部煤層回撤通道應力演化規律，圍巖最大垂直應力約13 MPa，上部煤層回采后底板破壞深度為7 m。

（2）針對021005 工作面回撤通道，提出了注漿+錨桿錨索的頂板加固方案，先多輪循環注漿，再錨桿錨索支護頂板。

（3）現場工業性試驗表明，回撤通道圍巖穩定，注漿效果達到設計要求，最大圍巖變形量≤30 mm，保證了工作面的安全生產。