采空區(qū)煤柱下回采巷道圍巖支護(hù)優(yōu)化

董 建

（大同煤礦集團(tuán)鐵峰煤業(yè)有限公司，山西 大同 037000）

當(dāng)巷道在采空區(qū)下掘進(jìn)時，特別位于上覆采空區(qū)遺留煤柱下方時，巷道圍巖處于高應(yīng)力區(qū)，圍巖應(yīng)力大，掘進(jìn)后巷道圍巖控制困難。南陽坡煤礦5#層5111 巷位于3#層煤柱下方高應(yīng)力區(qū)內(nèi)，在回采過程中還要受到動壓的影響，按現(xiàn)行支護(hù)方案巷道存在嚴(yán)重變形及破壞的可能性，可能出現(xiàn)頂板大量下沉、底板嚴(yán)重鼓起、兩幫快速移進(jìn)和炸幫等現(xiàn)象，同時巷道掘進(jìn)速度緩慢。因此急需提出合理的支護(hù)形式，優(yōu)化錨桿、錨索設(shè)計(jì)參數(shù)，來解決高應(yīng)力區(qū)內(nèi)受采動影響下巷道大變形及破壞問題，同時提升巷道掘進(jìn)效率。

1 工程概況

鐵峰煤業(yè)南陽坡煤礦5#煤層賦存較為穩(wěn)定，厚度10～12 m，煤層頂板以泥灰?guī)r、泥巖以及細(xì)砂巖為主，底板為粉砂巖。5111 回采工作面平均埋深185 m，開采的5 號煤層傾角平均6°，設(shè)計(jì)走向、傾向長分別為892 m、180 m。該回采工作面上覆為3 號煤層采空區(qū)，5111 巷位于上覆3 號煤層保護(hù)煤柱下方。

5111 巷原計(jì)劃支護(hù)采用錨網(wǎng)索+工字鋼支護(hù)方式，具體支護(hù)參數(shù)見表1。

表1 巷道原支護(hù)參數(shù)

2 支護(hù)優(yōu)化參數(shù)模擬分析

2.1 支護(hù)參數(shù)初始設(shè)計(jì)

針對5111 巷原始支護(hù)方案，結(jié)合巷道掘進(jìn)圍巖巖性特征，對巷道支護(hù)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。通過提升錨桿、錨索支護(hù)強(qiáng)度，充分發(fā)揮圍巖自身承載能力，從而取消工字鋼架棚，簡化巷道支護(hù)流程。

具體初始改進(jìn)設(shè)計(jì)為：

頂板錨桿規(guī)格為Φ22 mm×2.4 m，間排距為0.9 m×1.0 m。

頂板錨索規(guī)格為Φ17.8 mm×6.3 m，間排距改為1.8 m×2.0 m，每排3 根錨索。

在采面幫與原支護(hù)采用的錨桿規(guī)格一致，在煤柱幫由螺紋鋼錨桿改為玻璃鋼錨桿，每幫由2 根錨桿增加至3 根，間排距改為1.2 m×1.0 m。

2.2 模擬結(jié)果分析

采用FLAC3D軟件對改進(jìn)支護(hù)的巷道變形量進(jìn)行分析，得知頂板、底鼓、巷幫移近量最大分別為122 mm、43 mm、275.3 mm。巷道周邊巖層塑性區(qū)分布范圍在0～1.2 m 之間，處于錨桿支護(hù)范圍內(nèi)，同時錨桿受力較為合理，優(yōu)化后頂錨桿最大屈服強(qiáng)度500 MPa，優(yōu)化后的支護(hù)方案可以滿足5111 巷穩(wěn)定性需要。

3 支護(hù)參數(shù)優(yōu)化后圍巖控制方案

依據(jù)5111 巷初始改進(jìn)后的模擬結(jié)果及巷道圍巖地質(zhì)條件，最終形成巷道優(yōu)化支護(hù)方案。巷道支護(hù)采用錨網(wǎng)索+鋼托盤+W 鋼帶方式，具體見表2，巷道支護(hù)斷面如圖1 所示。

表2 支護(hù)優(yōu)化后參數(shù)

圖1 巷道支護(hù)優(yōu)化后斷面

4 優(yōu)化后巷道圍巖變形觀測

采用優(yōu)化后的巷道支護(hù)參數(shù)掘進(jìn)巷道后，每隔20 m 布置一個監(jiān)測站觀測巷道圍巖變形情況。具體巷道支護(hù)參數(shù)優(yōu)化前后的圍巖變形如圖2、圖3所示。

圖2 巷道原支護(hù)參數(shù)圍巖變形情況

巷道在原支護(hù)參數(shù)下頂?shù)装?、巷幫最大變形量?55 mm、332 mm，支護(hù)參數(shù)優(yōu)化后，巷道頂?shù)装?、巷幫最大變形量降低?8 mm、32 mm，圍巖控制取得顯著效果。優(yōu)化后的巷道支護(hù)參數(shù)可以保證巷道圍巖穩(wěn)定，省去架棚環(huán)節(jié)，減少巷道支護(hù)耗時，提升了巷道支護(hù)效率。

圖3 巷道支護(hù)參數(shù)優(yōu)化后圍巖變形情況

5 結(jié)語

對5111 巷原支護(hù)采用錨網(wǎng)索+金屬架棚方式無法有效應(yīng)對采空區(qū)煤柱下方巷道的高應(yīng)力集中，在綜合分析基礎(chǔ)上，通過采用提升錨桿、錨索支護(hù)強(qiáng)度，用單一錨網(wǎng)索支護(hù)代替架棚支護(hù)，充分發(fā)揮圍巖自身承載能力，取消工字鋼架棚，簡化巷道支護(hù)流程。優(yōu)化后的巷道支護(hù)工藝及參數(shù)不僅可以降低巷道圍巖變形量，同時省去架棚環(huán)節(jié)，效果顯著。