近距離采空區(qū)下綜采巷道分區(qū)支護(hù)技術(shù)

孟德方

（霍州煤電集團(tuán)呂梁山煤電有限公司，山西 方山 03300）

1 工程背景

木瓜礦屬于霍州煤電集團(tuán)，開(kāi)采井田位于山西呂梁。地質(zhì)資料顯示，木瓜礦某工作面開(kāi)采10#煤層，上覆距離2.0～10.0 m 為9#煤層采空區(qū)，煤層厚度為2.95 m；直接頂為泥巖，厚度1.2 m；基本頂為砂質(zhì)泥巖，厚度1.4 m；直接底為泥巖（黑色），厚度0.8 m；基本底為泥巖（灰白色），厚度2.84 m。受上煤層（9#煤層）采動(dòng)影響，10#煤層頂板完整性較差。工作面采用綜合機(jī)械化方法采煤，回采巷道設(shè)計(jì)采用錨網(wǎng)索支護(hù)，頂錨桿直徑20 mm、長(zhǎng)2.5 m；幫錨桿直徑16 mm、長(zhǎng)1.6 m；頂幫錨桿間距0.88 m，排距1.0 m，錨桿托盤(pán)為130 mm×8 mm×10 mm鋼托盤(pán)；頂錨索加強(qiáng)支護(hù)，直徑18.9 mm、長(zhǎng)6.2 m、間距2.0 m、排距3.0 m，圖1為巷道原支護(hù)斷面圖。由于9#煤層和10#煤層層間距是變化的，不同層間距下綜采巷道的頂板巖層受到的采動(dòng)影響程度不一，其穩(wěn)定性具有差異性。同時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)考察鄰近工作面巷道采用該支護(hù)方案，層間距較小的區(qū)域，巷道變形破壞嚴(yán)重，局部存在冒頂現(xiàn)象，最大底鼓量超過(guò)1.5 m；而層間距較大的區(qū)域巷道變形量在可控范圍內(nèi)，表明采用單一的支護(hù)方式對(duì)于該類巷道具有一定的局限性，需分析不同區(qū)域綜采巷道圍巖的穩(wěn)定性，據(jù)此確定相關(guān)的支護(hù)技術(shù)和參數(shù)。

圖1 巷道原支護(hù)斷面

2 綜采巷道圍巖穩(wěn)定性分析與分區(qū)域支護(hù)技術(shù)

由于9#煤層和10#煤層層間距較小，上煤層開(kāi)采導(dǎo)致下煤層頂板出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性改變，頂板巖層出現(xiàn)大量裂隙，完整性極差，甚至存在破碎矸石狀，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)反饋，試驗(yàn)巷道頂板有巖層大致可分為4 類，包括松散狀態(tài)頂板、破碎狀態(tài)頂板、裂隙發(fā)育狀態(tài)頂板、正常頂板。

1）松散狀態(tài)頂板是指煤層間距較?。?.0 m），受采動(dòng)超前應(yīng)力影響，頂板巖層極為破碎，類似冒落矸石狀態(tài)，工作面回采時(shí)，支架無(wú)法實(shí)現(xiàn)有效接頂，影響正?；夭晒ぷ鳎F(xiàn)場(chǎng)施工發(fā)現(xiàn)由于頂板巖層破碎嚴(yán)重，錨索無(wú)法有效錨固在穩(wěn)定頂板巖層。因此，該類巷道掘進(jìn)時(shí)應(yīng)制造人工假頂，輔助棚式和錨網(wǎng)支護(hù)。棚式支護(hù)采用11#礦用工字鋼支護(hù)，棚距0.7 m，頂錨桿直徑20 mm、長(zhǎng)2.0 m；幫錨桿直徑16 mm、長(zhǎng)1.6 m，間距0.7 m，排距0.7 m；頂錨桿配1 支CK2340、1 支Z2360 樹(shù)脂錨固劑，預(yù)緊扭矩不低于260 N·m，幫錨桿配1 支Z2360 樹(shù)脂錨固劑，預(yù)緊扭矩不低于200 N·m；頂幫錨桿均配130 mm×8 mm×22.5 mm 碟形墊片；頂幫圍巖表面均鋪設(shè)由12#鐵絲編制而成菱形金屬網(wǎng)，金屬網(wǎng)規(guī)格分別為5.2 m×1.2 m、3.3 m×1.2 m，搭接長(zhǎng)度不低于0.1 m，支護(hù)參數(shù)見(jiàn)圖2。

圖2 松散狀態(tài)頂板巷道支護(hù)斷面

2）破碎狀態(tài)頂板是指煤層間距處于2.0～4.0 m范圍內(nèi)，頂板巖層具備一定的成型結(jié)構(gòu)。該類巷道掘進(jìn)采用單體鉸接頂梁+錨網(wǎng)支護(hù)。單體采用DN28-250/90 內(nèi)注式單體液壓支柱，鉸接頂梁采用π型梁，一梁三柱，柱距1.0 m，π型梁長(zhǎng)4.9 m；單體初撐力不小于18 MPa，錨桿和金屬網(wǎng)參數(shù)參照松散狀態(tài)頂板巷道支護(hù)確定，支護(hù)參數(shù)見(jiàn)圖3。

圖3 破碎狀態(tài)頂板巷道支護(hù)斷面

3）裂隙發(fā)育狀態(tài)頂板是指煤層間距處于4.0～7.0 m 范圍內(nèi)，頂板巖層相對(duì)完整，但受上覆采動(dòng)影響存在明顯裂隙發(fā)育狀況。該類巷道掘進(jìn)采用錨網(wǎng)索加強(qiáng)支護(hù)（頂幫錨桿規(guī)格與原支護(hù)相同，間排距減小）即可。錨桿間排距由0.88 m 和1.0 m，縮減至間距0.7 m，排距0.8 m；錨索間排距由2.0 m和3.0 m，縮減至間距1.4 m，排距1.6 m，由每排2 根增加至3 根；金屬網(wǎng)參數(shù)參照松散狀態(tài)頂板巷道支護(hù)確定，錨索配套4 支樹(shù)脂錨固劑（2 支CK2340、2 支Z2360）；同時(shí)配套規(guī)格300 mm×300 mm×16 mm 的錨索鋼板托盤(pán)，預(yù)緊力應(yīng)不低于35 MPa，支護(hù)參數(shù)見(jiàn)圖4。

圖4 裂隙發(fā)育狀態(tài)頂板巷道支護(hù)斷面

4）正常頂板是指煤層間距大于7.0 m，頂板巖層受采動(dòng)影響較小，巖層結(jié)構(gòu)完整的頂板。該類巷道掘進(jìn)采用原錨網(wǎng)索支護(hù)技術(shù)和參數(shù)即可，具體支護(hù)參數(shù)見(jiàn)圖1。

3 綜采巷道變形破壞特征實(shí)測(cè)分析

采用提出的分區(qū)域支護(hù)技術(shù)和參數(shù)應(yīng)用于試驗(yàn)巷道，在工作面正?；夭善陂g監(jiān)測(cè)了巷道圍巖變形，工作面回采期間超前20～40 m 范圍內(nèi)巷道開(kāi)始出現(xiàn)變形現(xiàn)象。其中，松散狀態(tài)頂板區(qū)域巷道變形量最大，頂?shù)鬃冃渭s320 mm，兩幫變形約215 mm；破碎狀態(tài)頂板區(qū)域變形量次之，頂?shù)鬃冃渭s253 mm，兩幫變形約177 mm；裂隙發(fā)育狀態(tài)頂板區(qū)域頂?shù)鬃冃渭s202 mm，兩幫變形約134 mm；正常頂板區(qū)域巷道變形量最小，頂?shù)鬃冃渭s135 mm，兩幫變形約98 mm。試驗(yàn)巷道服務(wù)期內(nèi)的圍巖變形均在允許范圍內(nèi)，表明采用設(shè)計(jì)的分區(qū)域支護(hù)技術(shù)和參數(shù)有效控制了木瓜礦近距離采空區(qū)下綜采巷道圍巖變形，實(shí)現(xiàn)了工作面的安全高效回采。

4 結(jié)語(yǔ)

分析了近距離下煤層綜采巷道圍巖穩(wěn)定性，根據(jù)上下煤層不同間距對(duì)下煤層巷道頂板巖層采動(dòng)影響程度，將回采巷道頂板劃分為松散狀態(tài)頂板、破碎狀態(tài)頂板、裂隙發(fā)育狀態(tài)頂板、正常頂板等4 類；并提出了不同區(qū)域支護(hù)技術(shù)和參數(shù)，同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)了綜采面回采期間試驗(yàn)巷道變形破壞狀況。根據(jù)巷道變形情況，將巷道劃分為采動(dòng)緩慢變形區(qū)域、采動(dòng)快速變形區(qū)域、采動(dòng)強(qiáng)烈變形區(qū)域3 個(gè)區(qū)域。礦壓觀測(cè)結(jié)果表明采用設(shè)計(jì)的分區(qū)域支護(hù)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了木瓜礦近距離采空區(qū)下綜采巷道圍巖的穩(wěn)定控制。