李 銳

（山西陽煤集團新景公司，山西 陽泉 030052）

近距離煤層的開采通常采用下行式開采，由于層間距較近，下部煤層受上部煤層開采擾動及區(qū)段留設煤柱的影響，造成了下煤層回采巷道推進時礦山壓力不斷增大，給下方回采巷道的維護帶來一定困難，影響礦井的安全生產(chǎn)。因此，實現(xiàn)對近距離煤層采空區(qū)下回采巷道的加強支護具有重要意義。本文針對新景礦43108工作面主要運輸巷道因礦山壓力巨大而導致的嚴重變形問題展開研究，提出了以高強預應力錨桿和錨索聯(lián)合支護為主、工字鋼支護為輔的高穩(wěn)型新型支護方式。

1 工程概況

新景礦目前主采2#和3#煤層，3#煤層距離上部2#煤層6.31～9.89m，平均為8.45m，屬于近距離煤層，采用下行式開采，2#煤層已采空，采空區(qū)頂板采用全部垮落法管理。43108工作面布置于3#煤層中，工作面上方留有20m寬區(qū)段保護煤柱。43108巷道主要巖石力學參數(shù)如表1所示。

表1 43108主要運輸巷道煤巖力學參數(shù)

43108工作面沿煤層頂板掘進，巷道為矩形斷面，上、下凈寬均為3500mm，凈高2900mm，采用11#工字鋼棚支護，排間距為800mm。由于在巷道掘成后，運輸巷頂板大面積下沉，導致工字鋼頂梁被壓彎，棚腿彎曲向內(nèi)移，并且部分區(qū)段出現(xiàn)底鼓。為此，棚間距改為600mm，并在頂梁打錨索梁補強支護，但效果并不明顯。

2 巷道失穩(wěn)變形原因分析

經(jīng)過現(xiàn)場實測發(fā)現(xiàn)，影響43108工作面主要運輸巷道失穩(wěn)變形的主要原因大致分為三種：

（1）巷道布置。3#煤層上部煤層的采空必然導致圍巖應力重新分布，應力會向保護煤柱轉移，容易造成應力集中現(xiàn)象，保護煤柱上的應力繼而向底板傳遞，底板對下煤層回采巷道施壓，造成巷道失穩(wěn)變形。為有效避免所留設煤柱的影響，同時考慮1.5倍安全系數(shù)，應將43108工作面運輸巷道與上部煤柱之間的水平距離設置在16m左右。

（2）應力場的分布對于運輸巷道的穩(wěn)定性也會產(chǎn)生影響。由于上部煤層在經(jīng)過開采后，煤層底板此時可看作一個半無限彈性體，保護煤柱上的應力可看作均布載荷，那么在寬度為20m的均布載荷作用下，煤柱下方的底板所受應力呈現(xiàn)非均勻特性，并且在不同水平面下，距離煤柱越近，應力不均勻特性越明顯；同一水平面時，距離煤柱越近的點，應力不均勻特征越明顯，應力的這種不均勻分布特性容易出現(xiàn)應力集中現(xiàn)象，造成局部過載，從而導致局部發(fā)生失穩(wěn)變形，如圖1所示為應力系數(shù)與距煤柱中心距離關系圖。

圖1 應力系數(shù)與距煤柱中心距離關系圖

（3）支護方式的不同對于巷道圍巖變形情況影響不同，合理的支護方式以及支護強度對于巷道圍巖的穩(wěn)定性起到積極的作用。由于受到上部煤層采動及保護煤柱的影響，43108工作面運輸巷道頂板裂隙較為發(fā)育，穩(wěn)定性差。因此，需要采取措施及時支護并加大支護強度，只有形成穩(wěn)定承載結構，才能防止圍巖變形。

3 現(xiàn)場應用及對比分析

通過對現(xiàn)場圍巖變形特征分析，提出了兩種新型支護方式：

方案Ⅰ：錨桿-工字鋼聯(lián)合支護，錨桿采用Ф20mm×2200mm高強螺紋鋼樹脂錨桿，頂部及幫部錨桿間排距均設計為800mm×800mm。

方案Ⅱ：錨桿-錨索-工字鋼聯(lián)合支護。錨桿采用Ф20mm×2200mm高強螺紋鋼樹脂錨桿，每孔均采用2支Z2350中速樹脂藥卷錨固，鼓型托盤尺寸大小為150mm×150mm×10mm，預緊力矩為300N·m，網(wǎng)筋網(wǎng)規(guī)格為2600mm×800mm和3300mm×800mm，網(wǎng)與網(wǎng)之間采用自連方式；錨索加強支護，充分發(fā)揮圍巖承載能力，配合自連鋼筋網(wǎng)支護頂、幫，錨索采用Ф17.8mm×6000mm鋼絞線，每孔使用1支K2550和2支Z2550樹脂藥卷錨固，錨索托梁采用18#槽鋼，長度取為300mm，平托盤在鎖具和托梁之間，尺寸為140mm×140mm×10mm，錨索預緊力為100kN，頂部錨索間排距設計為1500mm×800mm，幫部錨索間排距設計為1400mm×800mm。

將兩種新方案與原支護方案進行對比，發(fā)現(xiàn)方案Ⅰ相比原支護方案兩幫移近量減少了122.4mm，頂板下沉量減小63.6mm，巷道圍巖變形在一定程度上得到控制；方案Ⅱ相比原支護方案兩幫移近量減少了178.6mm，頂板下沉量減少了97.4mm。由此可見，隨著支護強度的增加，圍巖應力狀態(tài)逐步得到改善，尤其方案Ⅱ對于圍巖殘余強度和承載能力的提高方面更進一步，兩種新方案相比原支護方案結果對比如表2所示。

表2 兩種新方案相比原支護方案結果對比分析表

經(jīng)過對比分析發(fā)現(xiàn)，方案Ⅱ的支護效果最好，支護方式采用高強預應力錨桿-錨索聯(lián)合支護，并輔以高強穩(wěn)定型工字鋼，在錨桿（索）間布置工字鋼梯形棚，采用11#工字鋼，間排拒為800mm。由于工字鋼具有較高的護表能力，對于控制巷道淺部破碎圍巖、剪脹變形以及錨桿支護后發(fā)生的圍巖變形量均具有明顯效果。加大支護強度不僅能夠使頂板穩(wěn)定性得到提高，對于圍巖殘余強度以及充分發(fā)揮圍巖承載能力也有一定積極作用，方案Ⅱ支護方式如圖2所示。

圖2 方案Ⅱ巷道支護（單位:mm）

在對43108主要運輸巷道運用技術方案Ⅱ后進行觀測，發(fā)現(xiàn)在3個月的時間內(nèi)巷道兩幫移近量最大值為98.9mm，巷道頂板下沉量最大值為55.1mm，相比原支護方案及方案Ⅰ有了明顯改進，巷道圍巖變形得到有效控制，為安全生產(chǎn)提供了保障。

4 結語

（1）通過采用“錨桿-錨索-工字鋼”聯(lián)合支護技術，形成高強穩(wěn)定型支護方案，利用高強預應力錨桿，結合錨索加強支護，并在錨桿（索）之間布置工字鋼梯形棚達到高強穩(wěn)定型支護的要求。實踐表明，此種高穩(wěn)型支護方案對于巷道圍巖變形的控制具有良好的效果。

（2）巷道布置存在一定不合理性，那么在由區(qū)段煤柱引起的非均勻應力場作用下，43108工作面運輸巷道原有工字鋼支護無法控制巷道圍巖所產(chǎn)生的變形。因此，通過加大支護強度，采用高強穩(wěn)定型支護技術，及時形成有效穩(wěn)定的承載結構，從而控制圍巖穩(wěn)定，避免產(chǎn)生強烈剪脹變形。