近距離煤層采空區(qū)下綜放面回采巷道支護(hù)研究

裴春敏

（山煤國(guó)際能源集團(tuán)股份有限公司煤業(yè)分公司，山西 太原 030006）

1 工作面基本情況

1.1 礦井基本情況

鋪龍灣煤業(yè)隸屬山西煤炭進(jìn)出口集團(tuán)有限公司，地處山西省大同市左云縣東南26 km處，為單獨(dú)保留的兼并重組整合礦井，交通較為便利。井田面積4.864 9 km2，開采1 號(hào)～8 號(hào)煤層，核定產(chǎn)能1.20 Mt/a。采用斜井開拓方式，共布置有3 個(gè)井筒，屬低瓦斯礦井，水文地質(zhì)屬中等型。井田共有煤層7 層，其中有4 層可采煤層，均位于太原組。井田范圍內(nèi)各可采煤層參數(shù)見表1。

表1 井田可采煤層特征

1.2 8103工作面基本情況

8103 工作面位于一采區(qū)東部，施家窯村東部，地面整體為東高西低。埋深317.4～332.1 m，采用綜放工藝開采。所采8 號(hào)煤層厚度4.2～8.2 m，平均6.2 m。8 號(hào)煤層傾角1°～3°，平均2°。

8103 工作面北部與已開采的一采區(qū)8101 首采面采空區(qū)相鄰，南部為未進(jìn)行采掘活動(dòng)的實(shí)體煤，西部與一采區(qū)大巷相鄰，東部與F5斷層相鄰。8103 工作面傾向長(zhǎng)度為149.5 m，可采長(zhǎng)度為759 m。其上覆為重疊式布置的5103 工作面，層間距為18.3～24.6 m，所采5 號(hào)煤層厚度5.96～12.60 m，平均8.55 m。8103 工作面與5103 工作面位置關(guān)系見圖1。

圖1 8103 工作面與5103 工作面位置關(guān)系

8103 工作面頂?shù)装逄卣饕姳?。

表2 8103 工作面頂?shù)装逄卣?/p>

2 回采巷道支護(hù)方案優(yōu)化

2.1 回采巷道穩(wěn)定性影響因素

8103 工作面因受上覆近距離5 號(hào)煤層5103工作面采空區(qū)采動(dòng)應(yīng)力影響，81031 巷道出現(xiàn)幫鼓、底鼓等現(xiàn)象。根據(jù)相關(guān)研究成果，結(jié)合8103 工作面實(shí)際情況分析，影響近距離煤層采空區(qū)下回采巷道圍巖穩(wěn)定性的主要因素包括以下幾個(gè)方面：

（1）回采巷道所處工程地質(zhì)環(huán)境不好。回采巷道頂?shù)装鍑鷰r巖性軟弱、裂隙節(jié)理發(fā)育、自身強(qiáng)度偏低，并又會(huì)受到上覆近距離煤層所布置的回采工作面采動(dòng)作用，最終導(dǎo)致回采巷道圍巖出現(xiàn)嚴(yán)重的變形破壞等現(xiàn)象［1-2］。

（2）回采巷道所設(shè)計(jì)支護(hù)方案不合理。根據(jù)相關(guān)研究成果，近距離煤層群開采條件下，下組煤層所布置工作面回采巷道圍巖往往會(huì)具有非線性力學(xué)特點(diǎn)，而常規(guī)的單一支護(hù)體形式難以同巷道圍巖形成耦合，最終導(dǎo)致回采巷道發(fā)生頂板下沉、幫鼓底鼓等情況［3］。

（3）上覆近距離煤層工作面采動(dòng)影響。由于回采巷道受多次采動(dòng)影響，二次擾動(dòng)對(duì)回采巷道的變形破壞加劇，對(duì)其圍巖穩(wěn)定性產(chǎn)生十分不利的影響［4］。

2.2 81031巷道原支護(hù)方案

頂錨桿采用Φ20 mm×2 400 mm 螺紋鋼，每排布置5 根，間距、排距均為1 000 mm，兩側(cè)錨桿分別距離巷幫300 mm，并且與頂板呈75°傾斜向巷幫一側(cè)，中間的3 根錨桿均垂直頂板打設(shè)。頂錨索采用Φ17.8 mm×9 300 mm 鋼絞線，每排2根，間距2 000 mm 排距3 000 mm，沿巷道中心線對(duì)稱布置（錨索代替同排支護(hù)位置的錨桿）。幫錨桿采用Φ18 mm×2 000 mm 圓鋼，間距1 100 mm，排距1 000 mm。

巷道頂板及幫部均使用鋼筋網(wǎng)支護(hù)，鋼筋網(wǎng)必須緊貼巖面并用錨桿托板壓緊，幫部鋼筋網(wǎng)鋪設(shè)頂板向下2.8 m。錨桿均各安裝1 支MSCK2360型錨固劑，錨索均各安裝2 支MSCK2360 型錨固劑。81031 巷道原支護(hù)方案斷面見圖2。

圖2 81031 巷道原支護(hù)方案斷面

2.3 81031巷道支護(hù)優(yōu)化方案

針對(duì)81031 巷道因上覆采空區(qū)影響出現(xiàn)幫鼓、底鼓等實(shí)際問題，對(duì)81031 巷道支護(hù)方案進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)優(yōu)化，具體方案措施如下［5］：

（1）81031 巷道左幫處理吊包后用WX250/3.0型鋼帶+ 錨桿加固支護(hù)。W鋼帶長(zhǎng)度2 600 mm，間距1 000 mm，幫部錨桿采用Φ20 mm×2 400 mm，用一卷MSCK-2360 樹脂錨固，預(yù)緊力370 kN，托板采用150 mm×150 mm 鐵板盤。

（2）采用DW42-250/110X型單體配合π型鋼梁對(duì)巷道頂板進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，采用“一梁三柱”的布置方式，梁間距1 200 mm。

（3）視現(xiàn)場(chǎng)底鼓情況對(duì)81031 巷道底鼓區(qū)域進(jìn)行起底，需滿足設(shè)計(jì)要求的巷高3 m。

81031 巷道支護(hù)優(yōu)化方案見圖3。

圖3 81031 巷道支護(hù)優(yōu)化方案斷面

3 巷道支護(hù)優(yōu)化后的礦壓觀測(cè)

對(duì)81031 巷道進(jìn)行礦壓觀測(cè)，根據(jù)所記錄的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分別繪制巷道頂板、兩幫圍巖變形量變化曲線，見圖4。

圖4 巷道頂板、兩幫圍巖變形量變化情況

通過對(duì)圖4 進(jìn)行分析，81031 巷道頂板、兩幫圍巖變形量在巷道開掘后隨著時(shí)間推移均出現(xiàn)大幅度增大的趨勢(shì)，并且在改進(jìn)支護(hù)方案后第10 天左右可以保持在穩(wěn)定范圍內(nèi)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。

4 結(jié)語

通過布置于81031 巷道的礦壓監(jiān)測(cè)設(shè)備所采集的數(shù)據(jù)顯示，圍巖位移量較優(yōu)化前明顯減小，錨固區(qū)應(yīng)力穩(wěn)定，圍巖變形能夠被很好地控制，預(yù)計(jì)可減少200 m 的巷道維修材料費(fèi)用，可節(jié)省30 萬元左右。本次對(duì)于近距離煤層采空區(qū)下綜放工作面回采巷道支護(hù)技術(shù)的研究成果，不僅對(duì)于保證礦井安全生產(chǎn)具有積極的實(shí)踐價(jià)值，并且對(duì)于推廣到該礦井其他類似條件下回采巷道的支護(hù)設(shè)計(jì)與施工中也具有推廣價(jià)值。