長溝煤礦采空區(qū)下回采巷道掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)分析

郝彥軍

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán) 長溝煤礦，山西 晉中0 323700）

0 引 言

近年來伴隨采煤技術(shù)的發(fā)展，我國煤礦掘進(jìn)深度隨之增加，地質(zhì)條件變化更加復(fù)雜，給煤炭生產(chǎn)安全帶來諸多挑戰(zhàn)。其中有些煤礦開采的煤層為近距離煤層，如河南平頂山、山西大同等。煤炭開采作業(yè)中，存在擾動(dòng)，近距離煤層開采時(shí)，上覆煤層開采后，煤層底板多會(huì)產(chǎn)生裂隙，嚴(yán)重影響下覆煤層的開采作業(yè)安全，同時(shí)頂板控制難度劇增，地質(zhì)條件惡化，回采時(shí)存在頂板冒落、圍巖位移的隱患。本文以長溝煤礦近距離煤層區(qū)15112運(yùn)輸巷掘進(jìn)為研究對象，對地質(zhì)構(gòu)造薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行重點(diǎn)分析，擬采用錨桿網(wǎng)+工字鋼架棚聯(lián)合支護(hù)方式，并根據(jù)施工現(xiàn)場，制定圍巖支護(hù)方案。

1 概 況

長溝煤礦位于山西省晉中市境內(nèi)，井田南北長約4.10 km，東西約4.0 km。至今開采60余年，井田面積9.066 9 km2，開采標(biāo)高1 350—810 m，生產(chǎn)規(guī)模90萬t/a。可采煤層3、8、15號煤層，層間距10～25 m，局部煤層間距在10 m以內(nèi)。3號和8號為近距離煤層區(qū)，煤層厚度號分別為3.8 m和2.5 m，頂?shù)装逡苑凵皫r、泥巖為主，煤層間距平均值約15 m，最小層間距5 m。3號煤層開采結(jié)束后，造成8號煤層頂板裂隙擴(kuò)張、頂板破碎，回采作業(yè)困難。15112運(yùn)輸巷需掘進(jìn)1 190 m，參照已有地質(zhì)資料數(shù)據(jù)，掘進(jìn)作業(yè)存在揭露斷層、陷落柱等風(fēng)險(xiǎn)，為解決這些問題，擬采用錨網(wǎng)索+工字鋼的聯(lián)合支護(hù)方式。

2 圍巖支護(hù)設(shè)計(jì)

15112運(yùn)輸巷圍巖破碎情況給支護(hù)帶來困難。為優(yōu)化支護(hù)效果，擬使用主動(dòng)、被動(dòng)支護(hù)相結(jié)合的方式，即錨桿、錨索控制圍巖變形，鋼棚架提高圍巖表面強(qiáng)度。

15112運(yùn)輸巷道斷面呈梯形，凈高2.2 m，上寬2.8 m、下寬3.6 m。淺表圍巖以錨桿及金屬網(wǎng)固定，巷道表面以工字鋼架棚進(jìn)行加固，避免圍巖失穩(wěn)，發(fā)生危險(xiǎn)。巷道支護(hù)如圖1所示。

圖1 巷道支護(hù)斷面Fig.1 Roadway support section

巷道頂板使用螺紋鋼錨桿支護(hù)，型號規(guī)格為φ22 mm×2 200 mm，錨桿布置方式為一排4根，間距為800 mm，排距為1 000 mm。臨近巷幫的2根錨桿外插15°，居中的2根錨桿與頂板呈90°布置；采用方形托盤護(hù)表，其型號規(guī)格為120 mm×120 mm×8 mm，金屬網(wǎng)使用8號鋼絲編織。

巷道兩幫每幫設(shè)立2根錨桿，型號規(guī)格為φ22 mm×2 200 mm，間距和排距為1 000 mm，巷幫上下2根錨桿和頂?shù)装蹇刂崎g距約600 mm，配套的金屬網(wǎng)使用8號鋼絲編織。

鋼架棚以11號工字鋼為基材，棚距1 000 mm，以圓木填實(shí)頂部和巷幫，支撐巷道外表的巖體。

錨桿、錨索的預(yù)緊力是近距離煤層采空區(qū)下掘進(jìn)巷道支護(hù)的關(guān)鍵參數(shù)，提高預(yù)緊力有利于提升支護(hù)質(zhì)量。15122運(yùn)輸巷頂錨桿預(yù)緊力≥6.4 t，扭矩≥300 N·m；兩幫錨桿預(yù)緊力≥3 t，扭矩≥100 N·m；錨索預(yù)緊力10 t左右。

3 圍巖控制效果

為檢驗(yàn)設(shè)計(jì)的錨網(wǎng)索+工字鋼聯(lián)合支護(hù)效果，對15112運(yùn)輸巷圍巖變形進(jìn)行監(jiān)測。監(jiān)測內(nèi)容主要包括兩幫及頂板形變量，測量儀器選擇JSS30A型數(shù)顯收斂計(jì)。監(jiān)測方法采用十字測點(diǎn)法，在測點(diǎn)周圍兩幫、頂?shù)装甯鞑贾糜^察點(diǎn)，如圖2所示。

圖2 觀察點(diǎn)布置示意（A、B、C、D 4個(gè)點(diǎn))Fig.2 The layout of observation points(A,B,C,D four points)

測量時(shí)測定AC、BD、AB、AD的距離，為提高測量精度，每個(gè)參數(shù)測量3次，取平均值作為有效數(shù)據(jù)。若測量值偏差較大時(shí)（＞0.5 mm時(shí)），則重新進(jìn)行測量。形變量具體計(jì)算方法如下：

觀測人員進(jìn)行數(shù)據(jù)測量，實(shí)測AC、BD、AB、AD線段的初始值，依照式（1）計(jì)算x、x'、y、y'的初始值。之后每次測得AC、BD、AB、AD線段長度值，則依照式（1）計(jì)算x、x'、y、y'的計(jì)算值，計(jì)算值與初始值的差，即表示A、B、C、D的絕對位移值。

在15122運(yùn)輸巷內(nèi)進(jìn)行圍巖支護(hù)效果檢測，取1號、2號兩個(gè)測點(diǎn)進(jìn)行說明。1號、2號測點(diǎn)分別位于掘進(jìn)迎頭10 m、50 m處。以測點(diǎn)為中心，對其周邊圍巖進(jìn)行變形量監(jiān)測（頂板、底板、巷幫），所測數(shù)據(jù)如圖3所示。

由圖3可知，測試的兩點(diǎn)巷道四周圍巖形變細(xì)微，且規(guī)律一致。監(jiān)測第1周，每日進(jìn)行1次數(shù)值測量，監(jiān)測7 d內(nèi)圍巖形變顯著；監(jiān)測第2周圍巖形變逐漸變緩；監(jiān)測第3周圍巖形變逐漸平緩，呈基本穩(wěn)定狀態(tài)。形變趨于穩(wěn)定后，1號測點(diǎn)周邊頂?shù)装?、巷幫變形量分別為159.90 mm、80.31 mm；2號測點(diǎn)周邊頂?shù)装濉⑾飵妥冃瘟糠謩e為157.50 mm、73.79 mm。

圖3 測點(diǎn)圍巖變形量監(jiān)測結(jié)果Fig.3 Monitoring results of surrounding rock deformation at measuring points

監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，圍巖變形量較小，穩(wěn)定性好；觀察工字鋼架棚，目測無變形，外觀完好。頂板巖體無冒落情況，穩(wěn)定性較好。

4 結(jié)語

長溝煤礦15122運(yùn)輸巷位于3號煤層采空區(qū)下方，受上覆煤層采動(dòng)影響，巖體開裂嚴(yán)重，掘進(jìn)過程中存在巖層冒落、圍巖失穩(wěn)等重大隱患。通過實(shí)地考察，結(jié)合過往圍巖支護(hù)經(jīng)驗(yàn)，實(shí)施錨桿網(wǎng)+工字鋼架棚聯(lián)合支護(hù)。為檢驗(yàn)支護(hù)效果，對15112運(yùn)輸巷圍巖變形進(jìn)行監(jiān)測。監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，采用聯(lián)合支護(hù)方式后，頂?shù)装搴拖飵妥畲笞冃瘟糠謩e為159.90 mm、80.31 mm，圍巖變形量小，且鋼架棚外觀良好、無變形，說明設(shè)計(jì)的圍巖支護(hù)方案效果優(yōu)異，滿足了長溝煤礦安全生產(chǎn)要求，為后期開采作業(yè)奠定了良好的基礎(chǔ)。