趙瑞峰

（西山煤電西曲礦，山西 古交 030200）

近距離煤層在我國山西、貴州以及內(nèi)蒙等地區(qū)有廣泛分布，這些區(qū)域礦井在煤炭開采時面臨近距離采空區(qū)下巷道掘進(jìn)圍巖控制問題[1-2]。相對于單一煤層，由于近距離煤層間層間距小，上部煤層開采會造成下部煤層頂板巖層裂隙發(fā)育，強(qiáng)度及穩(wěn)定性降低[3-4]。潞陽公司下屬昌泰礦在開采9 號煤層時，受上覆8 號煤層采空區(qū)及護(hù)巷煤柱影響，回采巷道圍巖破碎，支護(hù)困難。

1 工程概況

9 號煤層埋深平均約400 m，傾角3°～5°。9 號煤層與上覆8 號煤層間距在3.5～9.5 m。8102 采面于2017年7月回采完畢，9102 回采工作面于2019年3月開始布置，9102 回采工作面與8 號煤層8102采面采空區(qū)位置關(guān)系見圖1。

圖1 采面與上覆采空區(qū)位置關(guān)系

2 理論分析

采空區(qū)下方巷道圍巖變形與上覆煤柱邊緣距離x及巷道距離上覆采空區(qū)距離z有密切關(guān)系，見圖2。

圖2 煤柱與工作面回采巷道間理論分析模型

上覆煤層采空區(qū)內(nèi)煤柱承受載荷與煤柱埋深有關(guān)，同時還與煤柱周邊煤層開采情況密切相關(guān)。根據(jù)相關(guān)研究成果[5]，得出采空區(qū)下伏回采巷道圍巖變速度v與x、z關(guān)系見式（1）、式（2）。

式中：v為采空區(qū)下方巷道圍巖變形速度，mm/d；H為埋深，m；A為巷道圍巖穩(wěn)定系數(shù)(無量綱)；C為煤柱周邊開采影響參數(shù)(無量綱)。

根據(jù)昌泰礦實際情況和類似工程經(jīng)驗，H取值400 m；A取值6.7；C取值5。將上述參數(shù)帶入到公式（1）即可得到回采巷道圍巖變形速度v與層間距間關(guān)系，見圖3。

圖3 回采巷道圍巖變形速度v與層間距z關(guān)系

從圖中可以看出，圍巖變形速度隨著層間距增加逐漸降低，其中層間距達(dá)到5 m后圍巖變形速度降低幅度不明顯。因此，可以將層間距5 m作為劃分圍巖控制方案的界限。

將層間距z=5 m帶入到公式（2）中即可得出，巷道圍巖變速度與距離煤柱邊緣距離x間變化關(guān)系，見圖4。

圖4 回采巷道圍巖變形速度v 與距離煤柱邊緣距離x 變化關(guān)系

從圖4可以看出，隨著x 距離的增加，v速度顯著降低。由于9102 回風(fēng)巷正好處于8 號煤層保護(hù)煤柱下方，因此可以斷定，回風(fēng)巷在支護(hù)初期會發(fā)生較為顯著的圍巖變形。

3 采空區(qū)下方回采巷道支護(hù)設(shè)計

3.1 支護(hù)設(shè)計原則

（1）維護(hù)頂板穩(wěn)定

9102 回風(fēng)巷正處于上覆8 號煤層護(hù)巷煤柱下方，在護(hù)巷煤柱影響下回風(fēng)巷周邊巖層處于應(yīng)力增高區(qū)，在垂向應(yīng)力作用下巖層較為破碎。巷道開挖后在圍巖作用下巷幫收斂、頂板下沉明顯，容易發(fā)生冒頂事故，因此在施工時應(yīng)強(qiáng)化頂板支護(hù)。

（2）避免巷道肩角變形破壞

由于巷道頂板巖層在圍巖應(yīng)力作用下出現(xiàn)顯著的彎曲下沉，巷道兩幫應(yīng)力不對稱分布[6]。開挖后回采巷道易在巷道肩角發(fā)生剪切破壞，從而出現(xiàn)頂板整體切落風(fēng)險[7]。

（3）確保巷道兩幫整體穩(wěn)定

受到上覆采空區(qū)內(nèi)護(hù)巷煤柱影響，9 號煤層回采巷道周邊應(yīng)力分布不均衡，巷幫特別是靠近上覆護(hù)巷煤柱側(cè)巷幫更容易破壞、失穩(wěn)，出現(xiàn)較大變形。因此，在具體支護(hù)時應(yīng)充分采用金屬網(wǎng)以及梯子梁對巷幫表層巖層進(jìn)行控制，確保巷幫整體穩(wěn)定[8]。

3.2 支護(hù)設(shè)計

頂板采用螺紋鋼錨桿+菱形金屬網(wǎng)+鋼筋梯子梁支護(hù)，配合錨索補(bǔ)強(qiáng)。采用錨桿規(guī)格為Φ20 mm×2.40 m，間、排距為0.75 m、0.80 m。補(bǔ)強(qiáng)錨索為Φ17.8 mm×4 500 mm，間、排距1.40 m、2.40 m。

巷幫用菱形金屬網(wǎng)、梯子梁護(hù)幫，用螺紋鋼錨桿固定梯子梁及金屬網(wǎng)。錨桿規(guī)格與頂板一致，間、排距為0.70 m、0.80 m?；夭上锏乐ёo(hù)設(shè)計見圖5。

圖5 回采巷道支護(hù)設(shè)計

3.3 與上覆采空區(qū)間距在5 m以內(nèi)時的補(bǔ)強(qiáng)措施

（1）在層間距較小區(qū)域內(nèi)采用單體支柱強(qiáng)化頂板支護(hù)。并將單體布置在巷道中線位置，頂板壓力通過單體將壓力傳遞給底板，從而減輕巷道肩角處的壓力，減少頂板，底板位移量，確保巷道圍巖穩(wěn)定。

（2）適當(dāng)縮短頂板錨索長度。正常情況下采用的錨索長度為4.5 m，但是當(dāng)巷道與上覆采空區(qū)間距在5.0 m以內(nèi)時，容易造成巷道上部錨固段進(jìn)入到上覆采空區(qū)內(nèi)，弱化錨索補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)效果。因此，將錨索長度縮短至4.0 m，保證錨索支護(hù)效果。

（3）強(qiáng)化靠近上覆采空區(qū)遺留煤柱側(cè)的巷幫支護(hù)?？拷细膊煽諈^(qū)煤柱側(cè)巷幫在應(yīng)力作用下較為破碎，影響巷道圍巖控制，因此，需要進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)。

具體在原兩排錨桿之間再增加布置兩根錨桿配合形成五花眼方式，其他的支護(hù)參數(shù)保持不變，補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)措施見圖6。

圖6 補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)設(shè)計

4 支護(hù)效果分析

為了檢驗巷道支護(hù)效果，在9102 回風(fēng)巷距離采煤工作面110 m位置布置測站并定期對巷道表面位移進(jìn)行監(jiān)測，具體得到的巷道位移變形數(shù)據(jù)見圖7。從圖中可以看出，在9102 工作面回采期間，回風(fēng)巷頂?shù)装寮跋飵妥畲笞冃瘟糠謩e為246 mm、475 mm。工作面開采超前影響范圍為35～55 m，在這個范圍內(nèi)采取超前支護(hù)措施后，巷道圍巖變形量處于低位，可以有效確保后續(xù)采面行人、運(yùn)輸?shù)刃枰?/p>

圖7 巷道位移變形監(jiān)測結(jié)果

5 結(jié)語

1）采用理論分析方法對采空區(qū)下方巷道圍巖變形與距離上覆采空區(qū)層間距、距離上覆采空區(qū)內(nèi)煤柱水平間距之間的關(guān)系進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)層間距在5 m以內(nèi)時圍巖變形速率較快，層間距在5 m以上時圍巖變形速率顯著降低。

2）針對回采巷道與上覆采空區(qū)巖層間距≧5 m、＜5 m兩種情況提出了相對應(yīng)的圍巖控制措施，并進(jìn)行了詳細(xì)闡述。

3）現(xiàn)場應(yīng)用實踐表明，采取的圍巖控制措施可以確保9102 回采巷道圍巖控制，確?；夭晒ぷ骺梢园才?、平穩(wěn)推進(jìn)。