陳曉鵬

（霍州煤電集團汾河焦煤股份有限公司回坡底煤礦 ，山西 洪洞 031600）

煤炭資源整合礦井工作面生產中，回采巷道掘進時可能會遇到上分層破壞區(qū)，這些破壞區(qū)與巷道的位置并不確定，巷道掘進過程中應盡量避免穿過這些區(qū)域[1-5]。在探測不明或必須要過的時候，采取相應的巷道支護方式是快速掘進通過破壞區(qū)的有效途徑[6-8]。本文即在頂板破壞區(qū)狀態(tài)下，研究巷道掘進通過破壞區(qū)的綜合控制技術，達到保證工作面正常開采的要求。

1 工程概況

回坡底煤礦11-105工作面位于礦井556水平，左側為東一采區(qū)軌道巷，北部為10-107工作面（未采），南部為11-103工作面（已采），西部為磊上村保安煤柱，上部為上分層10-105工作面采空區(qū)。工作面平均煤厚3.3m，平均傾角3°，煤層結構復雜，中下部夾1～2層厚0.3m左右的穩(wěn)定夾矸，夾矸巖性為炭質泥巖。工作面直接頂為泥巖、平均厚度3.2m，老頂為粉砂巖、平均厚度3.0m，直接底為泥巖、平均厚度6.5m，礦井地質構造情況較少，煤巖層物理力學參數見表1。

11-105工作面巷道掘進時會遇到兩種不同的頂板狀態(tài)，分別是上方殘留煤柱與破碎采空區(qū)，殘留煤柱會在煤層中形成應力集中并向底板衰減傳遞，巷道處在集中應力影響下；當上方為破碎采空區(qū)域時，采空區(qū)內垮落巖石較多，圍巖結構較松散，承載能力較差。兩種結構對巷道掘進均有不同程度的影響，需要進行進一步研究。

表1 煤巖物理力學參數表

2 不同頂板條件下巷道狀態(tài)分析

針對11-105掘進巷道不同頂板狀況，采用FLAC3D建立數值進行模擬研究，模型尺寸：長×寬×高=60m×60m×60m，模型兩側為滑動支承，底部為固定支承，上部巖層作用以均布載荷的形式體現，圍巖本構關系采用Mohr-Coulumb模型，煤巖物理力學參數按表1選取。巷道支護形式：頂板采用錨網梁、錨索聯(lián)合進行支護，頂錨桿“六·六”布置，間排距為880mm×900mm；錨桿選用Φ20×2000mm的左旋螺紋鋼錨桿；錨索“二·二”布置，錨索排距1.8m；幫部采用錨網梁進行支護，錨桿“四·四”布置，間排距為800mm×900mm，錨桿選用Φ20×2000mm的左旋螺紋鋼錨桿。

巷道頂板實體煤下與破碎采空區(qū)下的巷道圍巖應力及位移數值模擬結果如圖1～圖4所示。從數值模擬結果中可以得知，當巷道上方為實體煤時，巷道兩側最大垂直應力為6.2MPa，最大應力位置為錨桿末端，結合巷道圍巖位移分布情況可知，此時錨桿與圍巖充分作用形成錨固體，大大增加了巷道圍巖的承載能力，巷道頂板垂直位移最大值為16mm、兩幫移近量為30mm，圍巖斷面保持在一個穩(wěn)定的范圍內，圍巖控制效果顯著；當巷道上方為采空區(qū)時，此時巷道支護未采用錨索支護，在上方采空區(qū)邊緣形成應力集中區(qū)，垂直應力最大值達7.2MPa，較大的應力導致巷道與采空區(qū)之間的頂板出現破碎狀態(tài)，因此需要采取措施針對上方采空區(qū)進行處理以達到實體煤狀態(tài)下的應力狀態(tài)，為巷道加強支護創(chuàng)造有利條件。

圖1 實體煤柱下巷道應力分布規(guī)律

圖2 實體煤柱下位移分布規(guī)律

圖3 采空區(qū)下應力分布規(guī)律

圖4 采空區(qū)下位移分布規(guī)律

3 破碎頂板下巷道圍巖控制技術

3.1 破碎采空區(qū)充填控制技術

根據上節(jié)分析，頂板破碎采空區(qū)狀態(tài)下，單單采取錨桿索支護是不能夠達到巷道控制要求的。存在破碎采空區(qū)的頂板整體性較差，裂隙發(fā)育較復雜，存在冒頂和沖擊的風險，可以采用高泡水泥充填破碎采空區(qū)，增加對上方老頂的支撐力增強頂板結構完整性。高泡水泥材料充填流程如圖5所示。根據巷道頂板上方破碎帶的位置及范圍，對充填區(qū)域進行劃分，將每20m范圍為一個充填單元進行鉆孔作業(yè)，鉆孔排間距為5m，鉆孔深度1～2m（貫通破碎帶），通過鉆孔向破碎區(qū)域注入配制的高泡水泥，按照充填推進方向依次填充，直到將破碎區(qū)域充滿，并將注漿孔封閉。

圖5 高泡水泥充填流程圖

3.2 控制效果分析

在完成充填工作后，還需對巷道圍巖變形量進行監(jiān)測，防止巷道在充填后出現大范圍的沉降。采用精度較高的紅外測距儀與十字布點法進行監(jiān)測，監(jiān)測精度要求估讀到0.5mm，布置在充填區(qū)域的測站共5個，監(jiān)測周期為兩個月，監(jiān)測曲線如圖6所示。由監(jiān)測曲線可知，巷道圍巖變形在前20d的時候變化速率一直較大，20～45d之間變化速率減緩，充填支護完成45d之后，巷道無論頂底板還是兩幫整體變形均逐漸平緩，巷道整體呈現出較穩(wěn)定的狀態(tài)。整體而言，巷道頂底板變形幅度比兩幫變形要小，頂底板變形峰值為160mm、兩幫變形的絕對峰值為240mm，說明此時頂板充填效果好，巷道整體變形滿足設備及生產的需求，巷道頂部圍巖呈現一定程度的臺階變化，變化速率隨著時間的增加越來越小，說明充填效果越來越好，下沉最大值最終穩(wěn)定在9mm，變化范圍可控，充填控制效果較好。

圖6 圍巖監(jiān)測曲線

4 結 論

通過分析不同頂板條件下巷道狀態(tài)可知，破碎采空區(qū)下巷道頂板完整性差，裂隙較發(fā)育，設計采用錨桿索與高泡水泥充填的綜合控制方法進行巷道控制，現場實踐表明巷道頂底板變形量較穩(wěn)定、兩幫移近量起伏不明顯、頂板離層量保持在可控范圍內，表明采用該種支護方案的巷道控制效果好，能夠滿足礦井工作面生產工作要求。