趙振宇

(山西煤炭運銷集團(tuán)忻州有限公司，山西 忻州 034000)

引 言

近距煤層或極近距離煤層在煤層開采過程中，下組煤層工作面巷道的布置多采用內(nèi)錯、外錯和垂直布置等3種方式[1-4]。泰安煤業(yè)目前開采11#煤層和12#煤層，11102工作面回采結(jié)束2個月后，掘進(jìn)12102工作面運輸順槽和回風(fēng)順槽。11#煤層和12#煤層為近距離煤層，11101工作面巷道揭露區(qū)域11#煤層厚度為1.43 m～1.95 m，平均1.57 m；11102工作面巷道揭露區(qū)域11#煤層厚度為1.4 m～2.2 m，平均1.59 m。11#煤層留設(shè)34 m凈煤柱，11#煤直接頂為含鈣泥巖，平均厚度3.1 m，基本頂為泥質(zhì)粉砂巖，平均厚度4.3 m。為更好地把握12102工作面區(qū)域煤層和層間距賦存情況，在11102工作面巷道進(jìn)行了底板鉆孔探測，11102工作面回風(fēng)順槽下層間距為3 m～13 m，其中自巷口往里超過400 m的巷道層間距厚度為3 m，12#煤層厚度為4.2 m～5 m。11102工作面運輸順槽下層間距為0.75 m～5.2 m，大部分巷道層間距小于2.2 m，該處12#煤層出現(xiàn)分層，夾矸厚度超過2.25 m，12#上煤層厚度為2 m～2.75 m。煤層傾角3°～14°，平均為8°。12#煤層直接底為泥巖，平均厚度為1.2 m，老底為S2砂巖，平均厚度為25.3 m。

鑒于12102工作面區(qū)域大部分巷道層間距較小且11102工作面剛剛結(jié)束回采，采空區(qū)下無法施工錨索且頂板管理不善時易引發(fā)其他安全問題的原因，考慮回風(fēng)順槽側(cè)12#煤層厚度較大，外錯布置更有利于資源回收，結(jié)合12101工作面運輸順槽外錯2 m布置的成功經(jīng)驗，12102工作面運輸順槽和回風(fēng)順槽均采用外錯至煤柱下的布置方式。由于兩巷掘進(jìn)時相鄰的12101和11103工作面均處于回采狀態(tài)，為強(qiáng)烈動壓影響下極近距離煤層巷道外錯布置合理煤柱尺寸和圍巖控制技術(shù)難題。

1 12102工作面圍巖地質(zhì)條件

12102工作面運輸順槽設(shè)計走向長度1 150 m，回風(fēng)順槽設(shè)計走向長度1 041 m。運輸順槽地面標(biāo)高1 005 m～1 032 m，底板標(biāo)高758 m～776 m，埋深229 m～261 m?；仫L(fēng)順槽地面標(biāo)高995 m～1 150 m，底板標(biāo)高790 m～798 m，埋深200 m～326 m。12102工作面區(qū)域12#煤層厚度及層間距分布不均，11102工作面運輸順槽下層間距為0.75 m～5.2 m，大部分巷道層間距小于2.2 m。11102工作面回風(fēng)順槽下層間距為3 m～13 m，其中自巷口往里超過400 m的巷道層間距厚度為3 m，12#煤厚度為4.2 m～5 m。煤層傾角3°～14°，平均為8°。12#煤層頂板以泥巖為主，局部含砂巖，直接底為泥巖，平均厚度為1.2 m，老底為S2砂巖，平均厚度為25.3 m。12101工作面煤層開采高度為4.5 m。

構(gòu)造情況，11102工作面巷道掘進(jìn)時僅在回風(fēng)順槽出現(xiàn)1處落差1 m的小斷層，預(yù)計12102工作面巷道掘進(jìn)時受斷層影響較少；水文地質(zhì)情況，涌水量較小，12102工作面回采前應(yīng)對鄰近采空區(qū)積水進(jìn)行疏放；瓦斯情況，預(yù)計掘進(jìn)工作面絕對瓦斯涌出量0.32 m3/min，相對瓦斯涌出量0.14 m3/t。

2 圍巖地質(zhì)力學(xué)測試及評估

測點布置在12#煤層一采區(qū)輔運巷900 m處。依據(jù)測點鉆孔觀測結(jié)果，結(jié)合收集到的相關(guān)地質(zhì)資料綜合分析可以得到：0 m～1.9 m為粉砂巖，呈深灰色，鈣質(zhì)膠結(jié)，該段巖層完整性較好；1.9 m～3.6 m為11#煤，煤體完整；3.6 m～8.9 m為砂質(zhì)泥巖，巖層呈灰黑色，泥質(zhì)膠結(jié)，其中4.2 m處為泥巖夾層，5.0 m、6.2 m處有明顯的橫向裂隙，6.2 m～8.9 m巖層完整；8.9 m～9.2 m為10#煤層；9.2 m～13.4 m為泥巖，呈灰黑色，泥質(zhì)膠結(jié)，完整性好；13.4 m～18.6 m為細(xì)砂巖，深灰色，鈣質(zhì)膠結(jié)，其中14.1 m～14.8 m有明顯裂隙發(fā)育，完整性差，14.9 m～18.6 m巖層完整；18.6 m～20.1 m為泥質(zhì)砂巖，泥質(zhì)膠結(jié)，巖層完整。

11#煤層強(qiáng)度為18 MPa，頂板泥巖強(qiáng)度為55 MPa，結(jié)構(gòu)均較為完整，回采時超前影響段無明顯壓力顯現(xiàn)，回采后端頭支架后方懸頂面積較大，采空區(qū)內(nèi)巷幫仍能保持穩(wěn)定；12#煤層強(qiáng)度為14 MPa，在不受動壓影響時成型較好，平整裂隙不發(fā)育，受采動影響時成型欠佳，頂板泥巖，局部粉砂巖強(qiáng)度為66 MPa，強(qiáng)度較高成型較好，有利于支護(hù)，12#煤老底為厚層砂巖，有利于動壓條件下底板穩(wěn)定。

3 12102工作面巷道外錯合理煤柱

12101工作面運輸順槽外錯入11101工作面與11102工作面煤柱2 m，布置在煤柱下，12101工作面回風(fēng)順槽與11101工作面回風(fēng)順槽重疊布置，回風(fēng)順槽成型較好，礦壓顯現(xiàn)不明顯。頂板和煤柱側(cè)幫錨桿為Ф22 mm左旋無縱筋螺紋鋼筋，長度2 400 mm，配套W鋼護(hù)板。工作面?zhèn)葞筒捎莽?2 mm，長度為2 400 mm的玻璃鋼錨桿。頂錨桿排距1 000 mm，每排5根錨桿，間距1 100 mm。幫錨桿排距1 000 mm，每幫3根錨桿，間距1 200 mm。頂錨索為Ф21.6 mm，7股預(yù)應(yīng)力鋼絞線，長度5 300 mm，每2 m施工2根。運輸順槽頂板成型較好未見明顯破碎變形，兩幫掘出后即成型較差，回采側(cè)幫部分錨桿受力較大，托板被壓平翻蓋，玻璃鋼錨桿有破斷現(xiàn)象，改為金屬錨桿后再無破斷。在335 m和450 m處各布置一組表面位移測站。兩幫移近量最大值為90 mm，距掘進(jìn)頭60 m即基本穩(wěn)定，頂板下沉量最大在40 mm，同樣掘過60 m后較為穩(wěn)定。

12102工作面運輸順槽采用外錯凈煤柱6 m的方式布置，回風(fēng)順槽采用外錯凈煤柱5 m的方式布置，12102工作面回風(fēng)順槽和12101回采面間凈煤柱為17 m。

4 12102工作面巷道支護(hù)方案

12102工作面運輸順槽和回風(fēng)順槽均為矩形斷面，沿12#煤頂板掘進(jìn)，掘進(jìn)寬度5.0 m，高度3.0 m，掘進(jìn)斷面積為15 m2。

頂板支護(hù)，桿體為Ф22 mm左旋無縱筋螺紋鋼筋，屈服強(qiáng)度不低于335 MPa，長度2 400 mm，桿尾螺紋規(guī)格為M24。樹脂加長錨固。拱型高強(qiáng)度托板，150 mm×150 mm×8 mm，拱高不低于36 mm。鋼筋網(wǎng)，錨桿排距1 000 mm，每排5根錨桿，間距1 100 mm。預(yù)緊扭矩不低于300 N·m。錨索為Ф21.8 mm，119股高強(qiáng)度低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線，長度5.3 m，一支K2335和兩支Z2360樹脂錨固劑。每排兩根布置，排距2 000 mm，間距2 000 mm。拱形高強(qiáng)錨索托板，300 mm×300 mm×16 mm，拱高不低于60 mm。張拉力200 kN～250 kN。巷幫支護(hù)，桿體材料同頂錨桿，增加W鋼護(hù)板，長度450 mm。錨桿預(yù)緊扭矩不低于300 N·m。

5 12102工作面巷道變形原因及支護(hù)方案

5.1 12102工作面巷道變形分析

12102工作面回風(fēng)順槽掘進(jìn)至360 m，自110 m進(jìn)入11102工作面采空區(qū)影響范圍，自150 m至迎頭巷道兩幫成型不佳，兩幫出現(xiàn)移近。掘進(jìn)迎頭和兩幫煤體破碎，出現(xiàn)縱向裂隙，有霹裂現(xiàn)象，全巷道頂板保持完整。回采側(cè)幫150 m～160 m、200 m～220 m兩處錨桿托板翻蓋變形嚴(yán)重，幫部變形擠出；非回采側(cè)幫錨桿同樣有托板翻蓋現(xiàn)象。250 m至巷口已基本穩(wěn)定。自130 m開始巷道有少量底鼓，250 m～350 m底鼓嚴(yán)重，底鼓量在500 mm；250 m至迎頭變形特征主要為兩幫下部和幫角鼓出，兩排錨桿間網(wǎng)包不明顯，主要為整體鼓出。

12102工作面運輸順槽掘至536 m，隨后停止掘進(jìn)。自120 m進(jìn)入11102工作面采空區(qū)影響范圍，120 m～260 m段未見變形。260 m～450 m回采側(cè)幫煤體破碎，出現(xiàn)縱向裂隙，有霹裂現(xiàn)象，回采側(cè)幫錨桿托板大量翻蓋變形；幫部局部變形擠出。非回采側(cè)幫局部同樣有變形。自350 m至迎頭，頂板出現(xiàn)構(gòu)造成型較差。頂錨桿托板有翻蓋現(xiàn)象。現(xiàn)已補打錨索加固。350 m至迎頭變形特征主要為回采側(cè)幫破碎，出現(xiàn)網(wǎng)包，同樣有煤層整體鼓出現(xiàn)象。

底鼓原因分析，12101工作面運輸順槽150 m～250 m出現(xiàn)底鼓，且該巷在150 m左右處進(jìn)入到11101采空區(qū)影響范圍，可見其底鼓由12102工作面回風(fēng)順槽掘進(jìn)、11102和11101工作面采動疊加影響引起，其間凈煤柱為17 m，且兩巷都受到上覆11#煤采空區(qū)影響，幫部變形也以與12102工作面間煤柱側(cè)幫為主；12102工作面回風(fēng)順槽290 m～350 m段與其他段相比底鼓嚴(yán)重，主要為受到11101工作面采動和11102工作面采動疊加影響；11101工作面采完1年左右，11102工作面采完4個月尚未完全穩(wěn)定，頂板活動同樣影響12102工作面回風(fēng)順槽底鼓；11102工作面回采時，兩端頭頂板并未垮落，以懸頂為主，受擾動后有可能垮落；煤層傾角影響，傾角6°～12°，傾斜采空區(qū)對上方煤柱影響比對下方煤柱強(qiáng)烈；地質(zhì)原因，12102工作面回順兩幫煤體破碎，出現(xiàn)縱向裂隙，有霹裂現(xiàn)象，不利于支護(hù)，底板留有底煤，容易發(fā)生底鼓；構(gòu)造影響，同樣區(qū)域的12102工作面運輸順槽370 m～430 m段為變坡段，出現(xiàn)明顯底鼓。

5.2 12102工作面巷道支護(hù)改進(jìn)

幫部錨索加固，網(wǎng)包破碎處重新鋪網(wǎng)，錨索排距2 m，間距1.2 m，距頂板1.2 m，采用直徑17.8 mm錨索，長度5.3 m，3支錨固劑，垂直巷幫施工，配高強(qiáng)拱形托板和調(diào)心球墊，張拉力不小于180 kN。

頂板在兩排錨索中間補打一根錨索加強(qiáng)支護(hù)，采用直徑21.8 mm錨索，長度7.3 m，3支錨固劑，垂直頂板布置，張拉力不小于200 kN?？紤]下一步12102工作面回風(fēng)順槽正常掘進(jìn)，12101工作面運輸順槽應(yīng)自350 m往外頂幫補強(qiáng)支護(hù)。

12102工作面回風(fēng)順槽掘進(jìn)引起12101工作面運輸順槽底鼓，12102工作面回風(fēng)順槽暫停掘進(jìn)。運輸順槽可以正常掘進(jìn)，350 m～430 m段兩幫仍需補打錨索。

5.3 12102工作面巷道支護(hù)變更

結(jié)合12102工作面巷道已掘段巷道變形情況，對其支護(hù)變更如下：

1) 12102工作面運輸順槽，頂板由于構(gòu)造影響，頂板中部存在沿巷道走向裂隙，成型不佳，補打錨索；錨索長度改為6.3 m，直徑21.8 mm錨索，3支錨固劑，張拉力不小于200 kN。頂板錨桿支護(hù)保持不變?；夭蓚?cè)幫補打錨索，直徑17.8 mm，長度4.3 m，3支錨固劑，張拉力不小于180 kN。

2) 12102工作面回風(fēng)順槽，非回采側(cè)幫采用全錨索，直徑17.8 mm，長度5.3 m，3支錨固劑，張拉力不小于180 kN。自迎頭至12101回采面對穿后50 m，非回采側(cè)幫均采用雙層網(wǎng)護(hù)幫，金屬網(wǎng)在里，鋼筋網(wǎng)在外?；夭蓚?cè)幫補打錨索，規(guī)格要求同非回采側(cè)幫。幫錨桿錨索采用舊皮帶作為組合構(gòu)件。

6 結(jié)論

以泰安煤業(yè)12102工作面巷道作為研究對象，設(shè)計了12102工作面巷道支護(hù)方案，并針對該巷道礦壓顯現(xiàn)嚴(yán)重，提出了二次刷擴(kuò)和補強(qiáng)支護(hù)方案。該研究可以為河?xùn)|煤田近距離煤層動壓影響巷道支護(hù)提供一定的技術(shù)參考。