梁 力

（山西辰誠(chéng)建設(shè)工程有限公司， 山西 陽(yáng)泉 045000）

近距離煤層開采過(guò)程中，一般采用下行式開采方法，為提高回采率，以及滿足回采工藝的要求，下伏煤層的回采工作面需要過(guò)上覆采空區(qū)，上覆采空區(qū)內(nèi)圍巖體完整性差，支承強(qiáng)度低，對(duì)下伏煤層回采工作面的礦壓顯現(xiàn)規(guī)律有著十分重要的影響[1-3]，因此研究近距離煤層過(guò)采空的回采工作面上覆巖體移動(dòng)規(guī)律，以及支護(hù)方法具有十分重要的意義[4-5]。本文探討了近距離煤層采空區(qū)下回采工作面的覆巖移動(dòng)規(guī)律，指出重復(fù)采動(dòng)下垂直向巖體的影響范圍受圍巖體性質(zhì)、回采工藝以及承載層的影響，且承載層對(duì)該范圍大小起決定性作用，并結(jié)合某礦30515 工作面地質(zhì)條件，提出了回采工作面順槽采用錨桿加錨索的聯(lián)合支護(hù)方式，結(jié)果表明，對(duì)近距離煤層采空區(qū)下回采巷道，采用錨桿加錨索的支護(hù)方法可有效解決工作面巷道圍巖礦壓?jiǎn)栴}。

1 上覆巖層移動(dòng)規(guī)律

近距離煤層下伏煤層回采工作面進(jìn)行采動(dòng)時(shí)，一般上覆圍巖體已經(jīng)經(jīng)歷過(guò)一次采動(dòng)影響，此時(shí)，隨著下伏工作面采動(dòng)的進(jìn)行，上覆巖體將受重復(fù)采動(dòng)的影響，發(fā)生應(yīng)力再分布以及圍巖體變形位移。學(xué)者們研究表明，重復(fù)采動(dòng)影響區(qū)在水平向及垂直向均有發(fā)生。本文主要研究回采工作面上覆圍巖體的移動(dòng)規(guī)律，圖1 為垂直向重復(fù)采動(dòng)影響區(qū)示意圖。該影響區(qū)的范圍與煤層之間的圍巖體性質(zhì)、回采工藝參數(shù)、上覆巖體的強(qiáng)度及完整性等有極大的關(guān)聯(lián)。一般來(lái)說(shuō)，近距離煤層開采時(shí)，受采動(dòng)影響，兩層煤體之間部分圍巖發(fā)生斷裂，完整性差，喪失了承載力，但仍存在一部分圍巖體只受到了輕微的影響，具有較高的承載力，將這部分圍巖體稱為承載層。近距離煤層上覆采空區(qū)的回采工作面礦壓分布，主要受承載層的影響，若承載層強(qiáng)度高，完整性好，且采用的支護(hù)技術(shù)得當(dāng)，則礦壓顯現(xiàn)不明顯，工作面頂板安全穩(wěn)定，重復(fù)采動(dòng)的垂直影響區(qū)范圍較??；若承載層強(qiáng)度不足以支承重復(fù)采動(dòng)后的圍巖體應(yīng)力，或采用的支護(hù)技術(shù)不得當(dāng)，則承載層將發(fā)生斷裂破壞，下伏煤層工作面劇烈來(lái)壓，重復(fù)采動(dòng)垂直影響區(qū)的范圍也大大的增加，甚至可以達(dá)到地表，造成地面沉降。因此，在近距離煤層群采空區(qū)下進(jìn)行回采工作時(shí)，應(yīng)特別注意承載層的應(yīng)力狀態(tài)，保證承載層的安全。

圖1 垂直向重復(fù)采動(dòng)影響區(qū)

2 工程概況

30515 工作面內(nèi)為3～5 號(hào)煤層實(shí)體煤，無(wú)采空區(qū)及采空積水區(qū)；工作面上覆跨本礦2 號(hào)煤層10201 工作面和10215 工作面采空區(qū)，兩采空區(qū)間的保護(hù)煤柱30 m。該煤柱整體位于30515 回風(fēng)順槽東側(cè)27.5～57.5 m 處對(duì)應(yīng)上覆。上覆2 號(hào)層采空區(qū)與30515 工作面層間距平均為4.41～4.85 m，平均4.64 m。

30515 工作面東部為實(shí)煤區(qū)，南部有3～5 號(hào)煤層1045 輔運(yùn)、膠帶、回風(fēng)三條大巷以及南郊區(qū)塔山煤礦老空巷交錯(cuò)而過(guò)，30515 工作面煤層頂?shù)装迩闆r如表1 所示。

表1 煤層頂?shù)装迩闆r表

3 支護(hù)設(shè)計(jì)

針對(duì)30515 工作面的實(shí)際情況，為充分控制回采巷道圍巖變形，發(fā)揮支護(hù)結(jié)構(gòu)的承載作用，并將破碎圍巖體錨固在深部較完整的危巖體中，研究決定，采用錨桿加錨索的聯(lián)合支護(hù)方法，支護(hù)參數(shù)的選區(qū)如下文所述。

3.1 錨桿參數(shù)設(shè)計(jì)

1）錨桿長(zhǎng)度計(jì)算。

式中：L為錨桿總長(zhǎng)；L1為錨桿進(jìn)入穩(wěn)定巖體長(zhǎng)度；L2為外露錨桿長(zhǎng)度；K為安全系數(shù)；H為冒落拱高度。

2）錨桿株距計(jì)算。

式中：A為錨桿之間的間距；Q為錨固力；r為懸吊圍巖體容重。

30515 回采巷道，頂部錨桿采用半徑為11 mm，長(zhǎng)度為2.4 m 的左旋無(wú)縱筋高強(qiáng)螺紋鋼錨桿，錨桿間排距1 000 mm×1 000 mm；兩幫錨桿選用半徑為10 mm 的錨桿，長(zhǎng)度與頂部錨桿相同，間排距取1 000 mm×1 000 mm。

3.2 錨索參數(shù)設(shè)計(jì)

為了加強(qiáng)錨固體的強(qiáng)度，30515 掘進(jìn)工作面采用有預(yù)應(yīng)力的錨索來(lái)加強(qiáng)支護(hù)。

1）用懸吊理論計(jì)算錨索長(zhǎng)度。

式中：L為錨索長(zhǎng)度；L1為外露錨索長(zhǎng)度；L2為懸吊不穩(wěn)定圍巖體厚度；L3為錨索錨固在穩(wěn)定巖層中的長(zhǎng)度。

2）錨索株距計(jì)算。

式中：A為錨索間距；Q為錨索錨固力，取17 t。

根據(jù)以上計(jì)算，選用半徑11 mm 的錨索，長(zhǎng)度選8.3 m，錨索間排距為1 200 mm×2 000 mm。

4 圍巖位移觀測(cè)

選用ZP-25 型圍巖位移測(cè)定儀(離層儀)，淺基點(diǎn)量程0～150 mm、深基點(diǎn)量程0～250 mm，所有儀器必須安設(shè)在巷道中心線或交岔點(diǎn)的中心位置，巷道頂板完好時(shí)安裝距離為100 m，頂板破碎或過(guò)地質(zhì)構(gòu)造期間離層儀的間隔距離小于100 m，觀測(cè)結(jié)果如圖2 所示。

圖2 巷道圍巖位移量

由圖2 可知，經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)的支護(hù)方式，巷道圍巖位移量頂板處最大，約發(fā)生在距離工作面200 m處，位移量大小為70 mm，兩幫位移量整體變化趨勢(shì)與頂板位移量相同，但其峰值小于頂板位移量，約為55 mm，圍巖離層量最大值約15 mm，離層量較小。經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)分析可知，采用錨桿加錨索的支護(hù)技術(shù)可有效控制近距離煤層采空區(qū)下回采工作面的圍巖變形。

5 結(jié)論

1）探討了近距離煤層采空區(qū)下回采工作面的覆巖移動(dòng)規(guī)律，指出重復(fù)采動(dòng)下垂直向巖體的影響范圍受圍巖體性質(zhì)、回采工藝以及承載層的影響，且承載層對(duì)該范圍大小起決定性作用。

2）結(jié)合某礦30515 工作面地質(zhì)條件，提出了回采工作面順槽支護(hù)方式，并進(jìn)行了支護(hù)設(shè)計(jì)和位移量觀測(cè)。數(shù)據(jù)表明，采用錨桿加錨索的支護(hù)方法取得了較好的效果。