馬晉君

（同煤集團朔州煤電公司，山西 懷仁 038300）

近距離煤層群開采時，受到煤層賦存間距過小影響，采空區(qū)下掘進巷道時巷道頂板巖層一般較為破碎，給巷道圍巖控制帶來不利影響[1-2]。特別是當采空區(qū)內(nèi)遺留有護巷煤柱時，煤柱兩側(cè)及煤柱下存在一定的應(yīng)力集中，造成圍巖變形量過大問題[3]。小峪礦402 盤區(qū)2208 巷位于上覆19#煤層采空區(qū)之下，該采空區(qū)遺留大量的護巷煤柱，巷道圍巖控制相對困難。

本文以2208 巷掘進工程為背景，擬定巷道掘進圍巖綜合支護措施，以期實現(xiàn)對巷道圍巖的有效控制。

1 工程概況

2208 掘進工作面位于402 盤區(qū)22#煤層，地面標高+1 333～+1 276 m，工作面標高+1 055～+1 060 m。由于2208 巷為皮軌合一（8208 綜放工作面皮帶運輸）巷道，結(jié)合煤層條件，為提高斷面利用率，采用矩形斷面，寬5.5 m，高3.4 m，斷面積18.7 m2。巷道設(shè)計長度1 872 m，沿22#煤層掘進，坡度隨煤層傾角確定，遇斷層等特殊地質(zhì)構(gòu)造地帶另行設(shè)計巷道坡度。22#煤厚度10.75 m，含三層夾矸，結(jié)構(gòu)為煤4.2 m、泥巖0.25 m、煤2 m、頁巖1 m、煤3.3 m，夾矸率0.08%，煤層結(jié)構(gòu)較穩(wěn)定。22#煤層頂?shù)装鍘r性見表1。

表1 22#煤層頂?shù)装鍘r性

2208 巷掘進采用EBZ260 綜掘機，單刀進尺0.9 m。巷道從運料繞道口開始按270°方位反掘由東向西掘進80 m 貫通，之后再從回風繞道口開始按90°方位由西向東掘進1 713 m。2208 巷南、北部均為實煤區(qū)，西部為402 盤區(qū)回風、皮帶及軌道巷，東部為井田邊界，上覆為19#煤4807、4815、4814、4812、4810、4808、4806、4804、4801 面采空區(qū)，22#煤層與19#煤層間距約13 m 左右。巷道圍巖關(guān)系見圖1。

圖1 掘進巷道位置關(guān)系

2 圍巖控制分析

根據(jù)圍巖性質(zhì)、臨近鉆孔及相鄰工作面礦壓觀測資料得知，小峪礦上層19#煤層采空區(qū)內(nèi)有區(qū)段煤柱以及實體煤，會對22#煤層2208 巷的圍巖應(yīng)力狀態(tài)產(chǎn)生影響。據(jù)此，將2208 巷沿掘進方向所受到上層采空區(qū)的影響分為四種狀況：①采空區(qū)下掘進；②采空區(qū)下進入煤柱掘進；③從煤柱下進入采空區(qū)下掘進；④實體煤下掘進。

從應(yīng)力方面來分析，上層采空區(qū)階段的巷道所受影響最小，實體煤階段次之，受影響最大的是進入煤柱段以及從煤柱段進入采空區(qū)階段[4]。所以，為了使巷道支護更加合理，在巷道承受高應(yīng)力的位置加強支護是必不可少的[5-6]。根據(jù)上層煤柱的位置及其影響的范圍，需將2208 巷在進入煤柱或?qū)嶓w煤邊緣，以及從煤柱或?qū)嶓w煤進入采空區(qū)邊緣前后各加強12 m的支護，即每個煤柱影響區(qū)域共布置24 m的加強支護區(qū)。

如上所述，需將2208 巷的支護方案分為兩部分：①非上層煤柱影響部分；②上層煤柱影響部分。根據(jù)層間對照圖，大致可以總結(jié)出上層煤柱影響部分的范圍為672～805 m、893～910 m、1 038～1 055 m、1 147～1 196 m、1 296～1 327 m、1 441～1 457 m、1 576～1 622 m、1 699～1 742 m、1 859～1 895 m。

3 非煤柱影響區(qū)域巷道支護方案

3.1 頂板支護

錨桿為Φ 20 mm×2 200 mm 螺紋鋼錨桿，每排6 根并通過W型鋼帶連接。在兩側(cè)距巷幫各250 mm位置各外插15°布置兩個錨桿，其余錨桿均垂直頂板，排距1 100 mm、間距1 000 mm，錨桿托盤為110 mm×110 mm×10 mm 蝶形托盤。W型鋼帶及金屬網(wǎng)護表，W型鋼帶為5 200 mm×220 mm×3 mm。

在錨桿間按照二二形式布置Φ17.8-1×7-5 300 mm 錨索，排距2 200 mm、間距2 000 mm，與頂板垂直，托盤為250 mm×250 mm×16 mm 鋼托盤，金屬網(wǎng)為80 mm×80 mm 8#菱形金屬網(wǎng)。

兩腮布置Φ 17.8-1×7-4 300 mm 角錨索，排距2 200 mm，與水平成45°夾角，角錨索吊300 mm 短節(jié)11#礦用工字鋼。具體支護設(shè)計見圖2、圖3。

圖2 非煤柱影響區(qū)域支護斷面圖

圖3 非煤柱影響區(qū)域頂板支護平面

3.2 兩幫支護

兩幫采用Φ 18-1 800 mm 螺紋鋼錨桿支護，排距1 100 mm、間距1 200 mm，110 mm×110 mm×10 mm 的平形托盤。距巷板、底板400 mm、600 mm處各打1 根外插15°錨桿。采用W型鋼護板（450 mm×220 mm×3 mm）及金屬網(wǎng)（8#菱形金屬網(wǎng)、80 mm×80 mm）護表。具體支護設(shè)計見圖4。

圖4 非煤柱影響區(qū)域兩幫支護布置剖面

4 煤柱影響區(qū)域巷道支護方案

4.1 頂板支護

錨桿為Φ 20 mm×2 200 mm 螺紋鋼錨桿，每排6 根加W型鋼帶連接。在兩側(cè)距巷幫各250 mm位置各外插15°布置兩個錨桿，其余錨桿均垂直頂板，錨桿間、排距均為1 000 mm，托盤為蝶形托盤（110 mm×110 mm×10 mm）。W型鋼帶（5 200 mm×220 mm×3 mm）及金屬網(wǎng)護表。

兩排錨桿間布置一排Φ 17.8-1×7-5 300 mm錨索，排距2 000 mm、間距1 300 mm，垂直頂板布置，托盤為220 mm×200 mm×12 mm 異型托盤（與JW鋼帶配套），錨索懸吊JW鋼帶（4 400 mm×330 mm×6 mm）、金屬網(wǎng)（80 mm×80 mm）。

兩腮布置Φ 17.8-1×7-4 300 mm 角錨索并與頂錨索同排布置，與水平成45°夾角，排距2 000 mm，角錨索吊300 mm 短節(jié)11#礦用工字鋼。具體支護設(shè)計見圖5、圖6。

圖5 煤柱影響區(qū)域支護

圖6 煤柱影響區(qū)域頂板支護平面

4.2 兩幫支護

錨桿為Φ 18 mm×1 800 mm 螺紋鋼錨桿，排距1 000 mm、間距900 mm，采用110 mm×110×10 mm的平形托盤。距頂板300 mm、底板400 mm 各打1根錨桿，錨桿均外插15°。中間錨桿、錨索交替布置2排，錨索規(guī)格為Φ 17.8 mm-1×7-4 300 mm，托盤為250 mm×250 mm×16 mm 的鋼托盤。錨桿配W型鋼護板（450 mm×220 mm×3 mm）及金屬網(wǎng)（菱形80 mm×80 mm）護表。具體支護設(shè)計見圖7。

圖7 煤柱影響區(qū)域兩幫支護剖面

5 支護效果分析

在巷道掘進過煤柱期間，通過對巷道表層位移變化情況進行實時監(jiān)測，來了解圍巖控制情況。具體監(jiān)測位置選擇在巷道掘進672～805 m過19#煤4807 采空區(qū)煤柱時，其圍巖變形監(jiān)測結(jié)果見圖8。

圖8 圍巖變形監(jiān)測結(jié)果

從圖8得知，支護后10 d后圍巖變形趨于穩(wěn)定，最終頂?shù)装?、巷幫變形量分別只有31 mm、27 mm。監(jiān)測結(jié)果表明，圍巖控制效果良好，可滿足8208 綜放工作面高效回采需要。

6 結(jié)語

2805 巷掘進過程中面臨的主要問題是上覆19#煤層采空區(qū)內(nèi)遺留有大量的護巷煤柱，在護巷煤柱影響下巷道圍巖出現(xiàn)一定程度應(yīng)力集中，從而增加圍巖控制難度；采用工程類比對在采空區(qū)下、煤柱下的2805 巷圍巖支護方案進行專門設(shè)計；現(xiàn)場實踐表明，頂?shù)装濉⑾飵妥冃瘟烤刂圃诎踩秶鷥?nèi)，為巷道掘進安全以及8208 綜放工作面高效創(chuàng)造了良好條件。