采空區(qū)下近距離煤層回撤通道支護(hù)技術(shù)實(shí)踐

邢永亮

（國(guó)家能源集團(tuán)烏海能源黃白茨煤礦，內(nèi)蒙古 烏海 016030）

近距離煤層群開(kāi)采時(shí)，上部煤層回采造成底板裂隙發(fā)育，破壞下部煤層圍巖完整性。上部煤層回采產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，通過(guò)巖層傳遞到下部煤層，給下部煤層的巷道布置及支護(hù)帶來(lái)了困難[1-5]。

黃白茨煤礦9#煤層和10#煤層層間距較小，020911 工作面回采結(jié)束后造成采空區(qū)下底板破碎，021005 回撤通道液壓支架回撤困難。為此，需要采用新的支護(hù)方案，保證液壓支架順利回撤。

1 工程概況

9#煤層與10#煤層間距0.3～20.3 m，平均厚度為3.7 m。021005工作面10號(hào)煤層厚度0.65～3.23 m，平均厚度為2.3 m，煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。煤層產(chǎn)狀走向174°，傾向84°，傾角3°～13°，平均傾角7°。直接頂為泥巖、粉砂巖，厚度0.5～4 m，無(wú)基本頂；煤層直接底為細(xì)砂巖，平均厚度21 m。021005 回撤通道寬3 m，高2.8 m，從運(yùn)輸巷開(kāi)始0～40 m 位于020911 工作面采空區(qū)下方，40～80 m 位于空巷和區(qū)段煤柱下方，80～216 m 位于實(shí)體煤下。021005回撤通道立體關(guān)系層位圖如圖1。

圖1 2310 巷片幫煤柱聯(lián)合支護(hù)斷面示意圖

圖1 021005 回撤通道立體關(guān)系層位圖

由于9#煤和10#煤的層間距為3.7 m，10#煤層頂板受上部9#煤層采動(dòng)影響，造成10#煤層頂板破碎，使得該煤層頂板極不穩(wěn)定且難維護(hù)。為此，研究回撤通道合理的支護(hù)方案和參數(shù)，對(duì)指導(dǎo)淺埋煤層末采工作面安全回撤具有重要意義。

2 近距離上位煤層采動(dòng)影響分析

2.1 數(shù)值模型建立

采用有限元差分?jǐn)?shù)值計(jì)算軟件FLAC3D進(jìn)行模擬，以9#煤層和10#煤層地質(zhì)條件為原型，分析上煤層工作面回采對(duì)021005 回撤通道的影響。建立沿煤層傾向的物理模型，計(jì)算模型長(zhǎng)×寬×高為250 m×170 m×80 m，在數(shù)值模型的上部施加5 MPa的自重均布載荷（模型上部邊界埋深200 m），模型底邊和左右邊界固定。數(shù)值模型如圖2，巖層材料 力學(xué)參數(shù)見(jiàn)表1。

圖2 數(shù)值計(jì)算模型圖

表1 巖層力學(xué)參數(shù)表

2.2 近距離煤層采動(dòng)應(yīng)力演化規(guī)律

為了研究020911 工作面回采過(guò)程中回撤通道所處位置的垂直應(yīng)力和水平應(yīng)力演化規(guī)律，分別取020911 工作面前方0～30 m 進(jìn)行研究，如圖3。

圖3 021005 處回撤通道處水平應(yīng)力與垂直應(yīng)力云圖

由圖3 可知，021005 回撤通道圍巖應(yīng)力具有如下特征：

（1）020911 工作面回采過(guò)程中，在距離回采工作面前方30 m 時(shí)，021005 回撤通道所處位置基本不受擾動(dòng)影響，垂直應(yīng)力和水平應(yīng)力基本保持穩(wěn)定。

（2）對(duì)020911 回采工作面前方20 m 位置研究，發(fā)現(xiàn)在021005 回撤通道位置處垂直應(yīng)力大小變化不明顯，均在8～10 MPa，但水平應(yīng)力大小逐漸增大，其影響范圍也逐漸擴(kuò)大。

（3）對(duì)020911 回采工作面前方10 m 位置研究，發(fā)現(xiàn)當(dāng)020911 工作面回采過(guò)后，巷道所處位置垂直應(yīng)力達(dá)到峰值為13 MPa，水平應(yīng)力增大區(qū)域影響范圍持續(xù)擴(kuò)大。

（4）對(duì)020911 回采工作面前方0 m 位置研究，發(fā)現(xiàn)021005 回撤通道位置處垂直應(yīng)力變化不明顯，垂直應(yīng)力變化在2～6 MPa，水平應(yīng)力區(qū)域也基本穩(wěn)定。

綜上，在020911 工作面回采過(guò)程中，受020911 工作面的采動(dòng)影響，煤柱及底板應(yīng)力重新分布，其中水平應(yīng)力變化值遠(yuǎn)大于垂直應(yīng)力變化值。在021005回撤通道位置處，底板水平應(yīng)力急劇升高，產(chǎn)生水平應(yīng)力增高區(qū)，隨著020911 工作面不斷回采，在工作面前方30 m 左右達(dá)到峰值，影響范圍也達(dá)到最大；垂直應(yīng)力主要受上覆巖層的影響，垂直應(yīng)力變化不明顯，020911 回采工作面前方10 m，垂直應(yīng)力達(dá)到峰值為13 MPa。

2.3 上煤層開(kāi)采底板破壞深度

根據(jù)數(shù)值計(jì)算結(jié)果得出：020911 回采底板最大屈服破壞深度為7.08 m。當(dāng)煤層層間距小于7.08 m時(shí)，10#煤頂板受采動(dòng)影響處于塑性屈服破壞范圍內(nèi)，需采取破碎頂板控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)021005 工作面的安全開(kāi)采。

3 回撤通道注漿加固方案

3.1 注漿方案

回撤通道：運(yùn)輸順槽至80 m 段加固高度6 m，加固寬度10 m，80 m 至回風(fēng)順槽段加固高度7 m，加固寬度8 m，注漿加固具體如下：

（1）距停采線8 m、6 m、4 m、2 m、0 m 時(shí)，回撤通道運(yùn)輸順槽至80 m 段在支架伸縮梁間每隔1 架打設(shè)1#鉆孔（孔深7000 mm、傾角60°、間距2.7 m），注漿管Φ20 mm 長(zhǎng)2.5 m，注漿壓力≤2 MPa。

距停采線6 m、4 m、2 m、0 m 時(shí)，80 m 段至回撤通道回風(fēng)順槽在支架伸縮梁間每隔1 架打設(shè)2#鉆孔（孔深8000 mm、傾角60°、間距2.7 m），注漿管Φ20 mm 長(zhǎng)3.5 m，注漿壓力≤2 MPa。

（2）回撤通道施工完成后，施工3#鉆孔（孔深6000 mm、傾角90°、間距2.7 m），孔深以鉆至9#煤采空區(qū)為準(zhǔn)，注漿管Φ20 mm 長(zhǎng)2.5 m，注漿壓力≤2 MPa。

3.2 錨桿索支護(hù)方案

采用工字鋼梁+單體液壓支柱支護(hù)方式?；爻吠ǖ理敯宀捎弥睆?0 mm、長(zhǎng)2000 mm 的高強(qiáng)度螺紋鋼錨桿，間排距為900 mm×1000 mm；錨索采用直徑21.8 mm、長(zhǎng)9300 mm 的鋼絞線，二一二布置，間排距1800 mm×1000 mm。幫部采用直徑18 mm、長(zhǎng)度為1800 mm 的螺紋鋼錨桿，間排距為750 mm×1000 mm。在靠近煤幫處打設(shè)兩排單體支柱，靠近液壓支架處打設(shè)一排單體支柱?；爻吠ǖ乐ёo(hù)斷面圖如圖4、圖5。

圖4 回撤通道支護(hù)斷面圖（采空區(qū)下）

圖5 回撤通道支護(hù)平面圖

4 應(yīng)用效果

采取加固措施后，采用十字觀測(cè)法觀測(cè)，共設(shè)置4 個(gè)表面位移觀測(cè)點(diǎn)，同時(shí)安裝錨桿測(cè)力計(jì)和頂板離層儀，安排專(zhuān)人觀測(cè)，觀測(cè)期為安裝之日至回撤通道回撤結(jié)束。從觀測(cè)數(shù)據(jù)和巷道現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)狀況看，效果十分明顯。

注漿加固后，15 d 內(nèi)巷道表面基本無(wú)明顯位移，頂板離層量不超過(guò)5 mm，表明頂板巖層內(nèi)未出現(xiàn)大的離層現(xiàn)象，頂板較為穩(wěn)定，說(shuō)明破碎頂板通過(guò)注漿后，大大提高了頂板的整體性和圍巖強(qiáng)度，可以有效控制頂板的變形，維護(hù)頂板結(jié)構(gòu)的基本穩(wěn)定。

5 結(jié)語(yǔ)

（1）分析了近距離煤層群下部煤層回撤通道應(yīng)力演化規(guī)律，圍巖最大垂直應(yīng)力約13 MPa，上部煤層回采后底板破壞深度為7 m。

（2）針對(duì)021005 工作面回撤通道，提出了注漿+錨桿錨索的頂板加固方案，先多輪循環(huán)注漿，再錨桿錨索支護(hù)頂板。

（3）現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)性試驗(yàn)表明，回撤通道圍巖穩(wěn)定，注漿效果達(dá)到設(shè)計(jì)要求，最大圍巖變形量≤30 mm，保證了工作面的安全生產(chǎn)。