近距離煤層采空區(qū)下巷道掘進的支護方法研究

崔子健

（山西省大同市同煤集團云崗礦，山西 大同 037017）

云岡礦是一個開采多年的礦井，現(xiàn)在的可采區(qū)域大部分在已采區(qū)域下，采空區(qū)下煤柱應(yīng)力集中和巷道頂板穩(wěn)定性差是當(dāng)前急需解決的問題。12-2#層410盤區(qū)21003巷就是在采空區(qū)下近距離煤層下施工的機軌合一巷道，此巷道要穿過上覆層采空區(qū)。

1 概況

12-2#層21003巷為410盤區(qū)12-2#層81003綜采工作面機軌合一巷，布置在12-2#煤層中，工作面標(biāo)高996～1016m，沿12-2#層煤層頂板掘進；設(shè)計長度557.34m，巷道在掘進至360～548m之間時上覆層為采空區(qū)，方位角175°10′。工作面北部為 12-2#層 410-4皮、12-2#層 410-4軌、12-2#層510-4回三條盤區(qū)巷道，東面、南面都未開采，西面為81005工作面，巷道的周圍情況都已經(jīng)探明。12-2#煤層厚為3.10～4.50m，平均煤厚3.8m，煤層中含有兩層夾石，夾石厚度為0.1～0.2m之間，平均0.15m，平均傾角4°。

該工作面南部的上覆層12#層為該礦81037（2015年采完）工作面局部采空區(qū)及51037巷道；上覆8#層為該礦8805（2013年采完）、8807（2015年采完）局部采空區(qū)；上覆3#層為實體煤；上覆2#層為實體煤；本區(qū)域12-2#層與上覆2#層層間距平距152m，與上覆3#層層間距平均124m，與上覆8#層層間距平均66m，與上覆12#層層間距在3.0～10.0m之間，平均5.5m。

2 施工面臨的支護問題

2.1 巷道位置的確定

下層回采巷道布置時，應(yīng)盡量采取內(nèi)錯布置，布置在采空區(qū)下，以減小上覆層煤柱集中應(yīng)力的影響[1]。根據(jù)巷道掘進的情況，巷道距離采空區(qū)煤柱距離的多少，所受的壓力大小也有所不同。上覆層煤柱對巷道的頂板應(yīng)力分布影響很大，在煤柱的正下方，應(yīng)力集中程度最高，而當(dāng)距離煤柱邊緣越來越遠時應(yīng)力會相應(yīng)的減小直至為零[2]，所以應(yīng)根據(jù)煤柱的位置和巷道的地質(zhì)條件來合理的布置巷道位置。根據(jù)以往的經(jīng)驗，在距離煤柱10m的距離時為布置巷道的合理位置[3]。

2.2 巷道支護方案的確定

巷道在掘進的過程中所遇見的地質(zhì)條件比較復(fù)雜，巷道在360～548m時為上覆12#層的工作面采空區(qū)。應(yīng)確立不同的支護方案，達到有效的支護質(zhì)量，確保人員的安全。

（1）在巷道未進入采空區(qū)時，頂板壓力較小，巷道頂板較為完整，巷道采用錨桿、錨索和錨索梁[4]聯(lián)合支護；

（2）在巷道掘進至距離上覆煤柱10m至巷道出采空區(qū)煤柱10m期間，巷道頂板出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，常規(guī)設(shè)計的巷道支護不能滿足巷道頂板所受的壓力，應(yīng)加強巷道支護，采用錨桿、錨索、錨索梁和架棚聯(lián)合支護；

（3）在巷道進入采空區(qū)層間距較薄處，普通的錨索和錨索梁聯(lián)合支護方法無法應(yīng)用，為達到主動支護的目的，充分發(fā)揮圍巖的自承能力，采用錨桿和架棚支護工藝來控制頂板。

3 支護設(shè)計

（1）巷道0～350m上覆為12#層未采區(qū)域，層間距7m，巷道支護采用無縱肋螺紋鋼錨桿和錨索聯(lián)合支護方式支護頂板，打設(shè)五眼鋼帶，鋼帶長度為4100mm，即每排支5根錨桿，排距1000mm，間距900mm，沿巷道中心線對稱布置；錨索每排3根，排距3000mm，錨索沿巷道中心布置，錨索采用長度為6000mm的強力鋼絞線，兩側(cè)錨索按斜拉錨索施工，斜拉錨索角度不小于65°，錨索打設(shè)三眼鋼梁，鋼梁采用礦用11#工字鋼，長度3900mm，眼距1500mm。

（2）巷道350～360m和548～557m，巷道層間距4.5m，上覆層煤厚為2.5m。根據(jù)上覆煤柱應(yīng)力分布情況對巷道的影響，使用無縱肋螺紋鋼錨桿和錨索梁、工字鋼雙梁、雙腿鋼棚、壓金屬片網(wǎng)聯(lián)合支護方式支護頂板。需加長錨索長度，保證其錨固段在上覆層頂板的堅硬巖石中。打設(shè)五眼鋼帶，鋼帶長度為4100mm，即每排支5根錨桿，排距1000mm，間距900mm，沿巷道中心線布置，錨索梁3900mm，排距2000mm，間距1600mm，錨索8500mm。工字鋼雙梁、雙腿鋼棚整體呈梯形布置，棚距0.5m。

（3）巷道在360～370m和538～548m時，巷道進入采空區(qū)，此區(qū)域間距5m，支護采用無縱肋螺紋鋼錨桿和工字鋼雙梁、雙腿鋼棚、壓金屬片網(wǎng)聯(lián)合支護方式支護頂板。打設(shè)四眼鋼帶，鋼帶長度為3200mm，即每排支4根錨桿，排距1000mm，間距900mm，沿巷道中心線布置。工字鋼雙梁、雙腿鋼棚整體呈梯形布置，棚距0.5m。

（4）巷道在370～538m時，巷道進入采空區(qū)內(nèi)，層間距在2～5m之間，由于上覆采空區(qū)煤柱對巷道頂板的壓力減小，使用無縱肋螺紋鋼錨桿和工字鋼雙梁、雙腿鋼棚、壓金屬片網(wǎng)聯(lián)合支護方式支護頂板?，F(xiàn)支護方式為打設(shè)四眼鋼帶，鋼帶長度為3200mm，即每排支4根錨桿，排距1000mm，間距900mm，沿巷道中心線布置。工字鋼雙梁、雙腿鋼棚整體呈梯形布置，棚距1m（如圖1）。

圖1 架棚支護示意圖（單位：mm）

（5）幫部支護：沿巷道向下350mm施工三排錨桿，錨桿上下間距900mm，排距1500mm，呈五花布置，巷道東幫為菱形金屬網(wǎng)，規(guī)格3700×2000mm；巷道西幫為雙向拉伸網(wǎng)，規(guī)格10000×2000mm。架棚處鋼棚、頂幫之間的空隙需用木板、水泥背板、道木、金屬片網(wǎng)等剎緊背牢嚴(yán)禁掉渣漏矸。

4 結(jié)論

根據(jù)頂板厚度變化，采取合理的支護，保證了近距離煤層采空區(qū)下巷道穩(wěn)定?，F(xiàn)場應(yīng)用表明，在近距離煤層采空區(qū)下巷道的支護中錨桿支護和架棚支護能有效地控制頂板，掘進期間巷道頂板的最大下沉位移為40mm。