采空區(qū)下迎采掘回采巷道支護(hù)技術(shù)研究

王 濤

（山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)金達(dá)煤業(yè)有限公司，山西 孝義 032300）

1 工程概況

金達(dá)煤業(yè)10402 工作面開采10 號和11 號煤層，煤層平均厚6.14 m，平均傾角4°；直接頂為泥巖和砂質(zhì)泥巖，基本頂為K2 石灰?guī)r；直接底為泥巖。10402 工作面傾斜長160～174 m，走向長度1266 m，蓋山厚度為318～372 m；采用綜放開采，采高2.4 m，放煤高度3.74 m；工作面回采區(qū)域10號煤層與上部9 號煤層采空區(qū)間距為6.9～12 m；9、10 號煤層工作面布置方向互相垂直，如圖1。10402 工作面回采區(qū)域最大水平主應(yīng)力9.47 MPa，方向N30.4°W，垂直應(yīng)力5.53 MPa。

圖1 工作面布置圖

10402 工作面回風(fēng)順槽采用“迎采掘巷[1-3]”的方式沿煤層底板掘進(jìn)，巷寬4.2 m，巷高2.8 m；在10401 工作面前方留設(shè)20 m 保護(hù)煤柱，與10401 工作面交鋒圍巖穩(wěn)定后，留設(shè)煤柱變窄，逐步過渡到6 m 窄煤柱。由于四采區(qū)以水平應(yīng)力為主，且工作面上方有采空區(qū)存在，需加強(qiáng)對巷道頂?shù)装宓目刂芠4-5]。

2 支護(hù)效果模擬分析

2.1 模擬方案

根據(jù)10402 工作面周邊開采情況，針對10402回風(fēng)順槽位于9 號煤采空區(qū)下方和位于9 號煤煤柱下方進(jìn)行模擬，分析不同條件下工作面前方80 m至后方120 m 的巷道圍巖應(yīng)力分布情況和變形破壞情況。支護(hù)方案見表1。

表1 支護(hù)參數(shù)數(shù)值模擬方案表

2.2 10401 工作面回采過程分析

（1）采空區(qū)下方

測點(diǎn)位于工作面前方時(shí)，巷道圍巖塑性區(qū)范圍隨著工作面推進(jìn)逐漸增大，測點(diǎn)位于工作面后方時(shí)則呈現(xiàn)相反規(guī)律。工作面前方80～0 m 范圍內(nèi)巷道兩幫和頂板破壞深度最大均約為1 m；工作面后方20～40 m，巷道兩幫及頂板破壞深度均為1 m；后方60～100 m 范圍，巷道靠近煤柱幫圍巖破壞深度增大，最大為1.5 m。順槽圍巖垂直應(yīng)力分布規(guī)律與巷道圍巖塑性區(qū)分布規(guī)律相同，工作面前方40 m 以外巷道圍巖垂直應(yīng)力分布趨于穩(wěn)定；40 m 以內(nèi)，巷道圍巖應(yīng)力逐漸增大；20 m 以內(nèi)，巷道圍巖應(yīng)力明顯增大。工作面后方順槽圍巖垂直應(yīng)力主要集中于煤柱靠近采空區(qū)側(cè)，最大應(yīng)力達(dá)到28.5 MPa，應(yīng)力集中系數(shù)為2.8。

（2）煤柱下方

測點(diǎn)位于工作面前方時(shí)，巷道圍巖塑性區(qū)范圍隨著測點(diǎn)與工作面距離的減小而逐漸增大，測點(diǎn)位于工作面后方時(shí)則呈現(xiàn)相反規(guī)律。在工作面前方80～20 m 范圍內(nèi)，巷道兩幫及頂板破壞深度約為1 m，底板破壞深度約為0.5 m；隨著工作面的推進(jìn)，在工作面前方0～20 m 范圍內(nèi)，頂板及兩幫破壞范圍有所增大，但其破壞深度未發(fā)生變化，底板破壞深度增大為1 m；隨著工作面推進(jìn)，工作面后方煤柱下巷道兩幫破壞范圍進(jìn)一步增大，約為1.5 m；頂?shù)装迤茐姆秶鸁o明顯變化。順槽巷道圍巖垂直應(yīng)力與采空區(qū)下方呈現(xiàn)同樣的變化趨勢，最大應(yīng)力約為30.8 MPa，應(yīng)力集中系數(shù)為3.2。

2.3 10402 工作面回采過程分析

（1）采空區(qū)下方

10402 工作面回采過程中，在工作面前方80～40 m 時(shí)，圍巖破壞情況基本不變，巷道左幫破壞深度約為2 m，右?guī)推茐纳疃燃s為1.5 m，頂板破壞深度約為2 m，底板破壞深度最大為1 m；進(jìn)入20 m 以里時(shí)，工作幫破壞深度進(jìn)一步增加，約為2.0 m，頂?shù)装迤茐纳疃缺３植蛔?。順槽巷道垂直?yīng)力在距工作面前方大于60 m 時(shí)，幾乎無變化；進(jìn)入60 m以里時(shí)，隨著工作面推進(jìn)，頂板應(yīng)力集中系數(shù)越來越大，且不斷向煤體深部擴(kuò)散；在0～10 m 范圍內(nèi)，應(yīng)力峰值可達(dá)31.8 MPa，應(yīng)力集中系數(shù)3.26。

（2）煤柱下方

在工作面前方80～40 m 處時(shí)，順槽圍巖破壞情況基本不發(fā)生變化，巷幫破壞深度約為1.5 m，頂?shù)装迤茐纳疃燃s為1 m；進(jìn)入40 m 以里時(shí)，隨著距離工作面距離減小，工作幫破壞深度進(jìn)一步增加，約為2.0 m，頂板破壞深度保持不變。垂直應(yīng)力分布規(guī)律與采空區(qū)下方一致，應(yīng)力峰值達(dá)到33.5 MPa，應(yīng)力集中系數(shù)為3.4。

2.4 結(jié)果分析

數(shù)值模擬分析可知，采空區(qū)和煤柱下方順槽巷道采用相應(yīng)的支護(hù)方案后，10401 和10402 工作面回采過程中，圍巖塑性區(qū)破壞范圍均在錨桿索支護(hù)控制范圍內(nèi)，支護(hù)方案能滿足礦井安全生產(chǎn)需求。

3 巷道支護(hù)參數(shù)

3.1 采空區(qū)下順槽支護(hù)參數(shù)

頂板錨桿為Φ22 mm×2400 mm 的高強(qiáng)度螺紋鋼錨桿，屈服強(qiáng)度335 MPa；采用樹脂加長錨固，一支CK2340，一支Z2360；錨桿間距950 mm，排距1000 mm；預(yù)緊力矩300 N·m；采用BHW-280-3.00-4100 型W 鋼帶連接。錨索為Φ22 mm，1×19股預(yù)應(yīng)力鋼絞線，長6300 mm；“二·二”布置，每排兩根，錨索間距為2000 mm，排距1000 mm；采用三支樹脂藥卷，兩支Z2360，一支CK2340；張拉鎖定后預(yù)緊力不低于300 kN；錨桿錨索均垂直頂板打設(shè)。幫錨桿與頂錨桿規(guī)格一致，間距800 mm，排距1000 mm；采用樹脂加長錨固，一支CK2340，一支Z2360；配套W 鋼護(hù)板，寬度280 mm，長度450 mm，厚度4 mm；采用規(guī)格為2700 mm×1100 mm10#鐵絲編織的菱形金屬網(wǎng)護(hù)幫，網(wǎng)孔規(guī)格30 mm×30 mm。支護(hù)參數(shù)如圖2。

圖2 采空區(qū)下順槽支護(hù)參數(shù)圖（mm）

3.2 煤柱下順槽支護(hù)參數(shù)

煤柱下方頂板錨桿排距為800 mm，其余參數(shù)與采空區(qū)下方一致；錨索采用“三·二”布置，每排兩根，三根錨索時(shí)間距為1700 mm，兩根錨索時(shí)間距為2000 mm，三根錨索與兩根錨索之間排距800 mm；采用三支樹脂藥卷，兩支Z2360，一支CK2340；張拉鎖定后預(yù)緊力不低于300 kN。巷幫錨桿排距為800 mm，其余錨桿支護(hù)參數(shù)與采空區(qū)下方一致；煤柱幫增加錨索支護(hù)，采用Φ22 mm，1×19 股預(yù)應(yīng)力鋼絞線，“二·一”布置，間距1400 mm，排距1600 mm；雙根錨索距離頂?shù)装?00 mm，單根錨索距離頂板1300 mm，距底板1500 mm。布置雙根錨索時(shí)，靠近頂板的一根錨索向頂板傾斜10°，其他錨索垂直巷道幫部打設(shè)；采用兩支樹脂藥卷，一支Z2360，一支CK2340；張拉鎖定后預(yù)緊力不低于200 kN。支護(hù)參數(shù)如圖3。

圖3 煤柱下順槽支護(hù)參數(shù)圖（mm）

4 應(yīng)用效果分析

采用十字布點(diǎn)對圍巖變形進(jìn)行監(jiān)測。正常區(qū)域巷道頂?shù)鬃畲笠平繛?6 mm，兩幫最大移近量為174 mm；在煤柱下方、構(gòu)造影響區(qū)和圍巖破碎區(qū)回風(fēng)順槽巷道圍巖變形相對較大，頂板最大下沉量達(dá)到229 mm，兩幫最大移近量為472 mm。通過觀測可知，回風(fēng)順槽巷道圍巖變形整體可控，選取的支護(hù)參數(shù)科學(xué)合理，能夠滿足巷道安全使用要求。

5 結(jié)語

通過數(shù)值模擬對采空區(qū)和煤柱下順槽巷道迎采掘巷圍巖支護(hù)效果進(jìn)行分析，認(rèn)為煤柱下方采用方案一、采空區(qū)下方采用方案二能夠有效控制順槽巷道圍巖破壞，支護(hù)方案是可行的?，F(xiàn)場試驗(yàn)表明，順槽巷道圍巖變形整體可控，支護(hù)參數(shù)合理，能夠滿足使用要求。