近距離煤層采空區下綜放面回采巷道支護研究

裴春敏

（山煤國際能源集團股份有限公司煤業分公司，山西 太原 030006）

1 工作面基本情況

1.1 礦井基本情況

鋪龍灣煤業隸屬山西煤炭進出口集團有限公司，地處山西省大同市左云縣東南26 km處，為單獨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～8 號煤層，核定產能1.20 Mt/a。采用斜井開拓方式，共布置有3 個井筒，屬低瓦斯礦井，水文地質屬中等型。井田共有煤層7 層，其中有4 層可采煤層，均位于太原組。井田范圍內各可采煤層參數見表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 號煤層厚度4.2～8.2 m，平均6.2 m。8 號煤層傾角1°～3°，平均2°。

8103 工作面北部與已開采的一采區8101 首采面采空區相鄰，南部為未進行采掘活動的實體煤，西部與一采區大巷相鄰，東部與F5斷層相鄰。8103 工作面傾向長度為149.5 m，可采長度為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 工作面位置關系見圖1。

圖1 8103 工作面與5103 工作面位置關系

8103 工作面頂底板特征見表2。

表2 8103 工作面頂底板特征

2 回采巷道支護方案優化

2.1 回采巷道穩定性影響因素

8103 工作面因受上覆近距離5 號煤層5103工作面采空區采動應力影響，81031 巷道出現幫鼓、底鼓等現象。根據相關研究成果，結合8103 工作面實際情況分析，影響近距離煤層采空區下回采巷道圍巖穩定性的主要因素包括以下幾個方面：

（1）回采巷道所處工程地質環境不好。回采巷道頂底板圍巖巖性軟弱、裂隙節理發育、自身強度偏低，并又會受到上覆近距離煤層所布置的回采工作面采動作用，最終導致回采巷道圍巖出現嚴重的變形破壞等現象［1-2］。

（2）回采巷道所設計支護方案不合理。根據相關研究成果，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具有非線性力學特點，而常規的單一支護體形式難以同巷道圍巖形成耦合，最終導致回采巷道發生頂板下沉、幫鼓底鼓等情況［3］。

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

2.2 81031巷道原支護方案

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，兩側錨桿分別距離巷幫300 mm，并且與頂板呈75°傾斜向巷幫一側，中間的3 根錨桿均垂直頂板打設。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，沿巷道中心線對稱布置（錨索代替同排支護位置的錨桿）。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支護，鋼筋網必須緊貼巖面并用錨桿托板壓緊，幫部鋼筋網鋪設頂板向下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 巷道原支護方案斷面見圖2。

圖2 81031 巷道原支護方案斷面

2.3 81031巷道支護優化方案

針對81031 巷道因上覆采空區影響出現幫鼓、底鼓等實際問題，對81031 巷道支護方案進行補強優化，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。W鋼帶長度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型鋼梁對巷道頂板進行補強支護，采用“一梁三柱”的布置方式，梁間距1 200 mm。

（3）視現場底鼓情況對81031 巷道底鼓區域進行起底，需滿足設計要求的巷高3 m。

81031 巷道支護優化方案見圖3。

圖3 81031 巷道支護優化方案斷面

3 巷道支護優化后的礦壓觀測

對81031 巷道進行礦壓觀測，根據所記錄的監測數據分別繪制巷道頂板、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

通過對圖4 進行分析，81031 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，并且在改進支護方案后第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。

4 結語

通過布置于81031 巷道的礦壓監測設備所采集的數據顯示，圍巖位移量較優化前明顯減小，錨固區應力穩定，圍巖變形能夠被很好地控制，預計可減少200 m 的巷道維修材料費用，可節省30 萬元左右。本次對于近距離煤層采空區下綜放工作面回采巷道支護技術的研究成果，不僅對于保證礦井安全生產具有積極的實踐價值，并且對于推廣到該礦井其他類似條件下回采巷道的支護設計與施工中也具有推廣價值。