許 峰

（山西汾西礦業(yè)集團(tuán)孝義煤礦管理分公司，山西 孝義 032300）

引言

如今厚煤層占已探明煤炭資源儲(chǔ)量的45%左右，厚煤層普遍采用綜放開采方式[1-2]。為了提高煤炭采收率，部分礦井放棄傳統(tǒng)的寬煤柱護(hù)巷方式改為窄煤柱沿空留巷[3]。但是采用此種沿空留巷時(shí)受到巷道斷面大、煤柱寬度窄以及采動(dòng)動(dòng)壓顯現(xiàn)明顯等因素影響，巷道圍巖變形控制難度較大，采用傳統(tǒng)的巷道支護(hù)方式難以滿足巷道圍巖控制需要[4-6]。為此，文中以山西某礦31507 沿空留巷（回風(fēng)巷）巷道為工程背景，對(duì)采取的巷道支護(hù)技術(shù)進(jìn)行探討，以期能為其他礦井類似情況下巷道支護(hù)提供參考。

1 工程概況

31507 工作面回采的15 號(hào)煤厚度6.8 m、傾角3.9°，采用綜放開采工藝，采放比為1∶1.8。31507采面設(shè)計(jì)走向、傾向長(zhǎng)度分別為1 680 m、265m。為了提高煤炭回收率，提出將31507 回風(fēng)巷與鄰近31505 采空區(qū)間保留8 m 寬護(hù)巷煤柱，31507 回風(fēng)巷斷面為矩形（凈高、凈寬分別為5.4 m、3.5 m），沿著15 號(hào)煤層底板掘進(jìn)。

現(xiàn)階段31507 回風(fēng)巷已掘進(jìn)405 m，支護(hù)方式為：頂板6 根錨桿（Φ18 mm×2 000 mm）、2 根錨索（Φ17.8 mm×8 400 mm），巷幫布置3 根錨桿（Φ18 mm×2 000 mm）并在窄煤柱幫增加布置2 根錨索（規(guī)格為Φ17.8 mm×6 300 mm）以提高煤柱抗變形能力。

但是在巷道已掘進(jìn)范圍內(nèi)巷道呈現(xiàn)較大的變形，具體表現(xiàn)為頂板破碎、下沉以及巷幫收斂，底板未有明顯底鼓發(fā)生。具體在巷道已掘進(jìn)的350 m 位置巷幫變形現(xiàn)場(chǎng)圖見圖1。

圖1 350 m 位置巷幫變形現(xiàn)場(chǎng)圖

2 沿空留巷圍巖變形特點(diǎn)分析

2.1 沿空留巷圍巖松動(dòng)圈范圍測(cè)試

圍巖松動(dòng)圈具體指巷道圍巖形成的破碎帶，松動(dòng)圈是評(píng)價(jià)巷道圍巖穩(wěn)定性的主要指標(biāo)。采用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)法對(duì)31507 回風(fēng)巷圍巖松動(dòng)圈分布范圍進(jìn)行測(cè)試，在已掘進(jìn)巷道內(nèi)每隔100 m 布置測(cè)站測(cè)定松動(dòng)圈范圍，具體測(cè)點(diǎn)布置見圖2?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)定的松動(dòng)圈分布范圍見下頁(yè)表1。

表1 松動(dòng)圈范圍

圖2 圍巖松動(dòng)圈測(cè)站布置圖

從表1 看出，31507 回風(fēng)巷在原有的巷道支護(hù)參數(shù)下頂板、巷幫松動(dòng)圈最大發(fā)育范圍分別達(dá)到2.9 m、2.5 m。31507 回風(fēng)巷頂板高度約為2.9 m，頂板松動(dòng)圈范圍已經(jīng)發(fā)育到煤層頂板。同時(shí)在窄煤柱幫松動(dòng)圈分布范圍明顯高于實(shí)體煤幫。通過(guò)巷道圍巖變形以及松動(dòng)圈測(cè)試表明，31507 回風(fēng)巷原采用的支護(hù)技術(shù)難以滿足留巷段圍巖控制需要。

2.2 巷道圍巖變形特點(diǎn)

通過(guò)對(duì)留巷段圍巖變形分析發(fā)現(xiàn)，留巷段圍巖變形主要集中在窄煤柱幫及靠近窄煤柱板頂板位置，具體圍巖變形有下述特點(diǎn)[7]：

1）31507 回風(fēng)巷頂板為砂質(zhì)泥巖。當(dāng)回風(fēng)巷頂板支護(hù)強(qiáng)度不足或者受到動(dòng)壓影響時(shí)，頂板巖層容易出現(xiàn)嚴(yán)重變形。

2）巷道開挖后導(dǎo)致圍巖應(yīng)力重新分布，作用到頂板上的垂向應(yīng)力向巷道巷幫位置轉(zhuǎn)移，加之鄰近采空區(qū)側(cè)向應(yīng)力影響，導(dǎo)致巷幫出現(xiàn)一定程度應(yīng)力集中的現(xiàn)象。其中窄煤柱留設(shè)寬度僅為8.0 m，煤柱本身承載能力較小，在較高應(yīng)力作用下更容易出現(xiàn)變形破壞。

3）31507 回風(fēng)巷凈寬、凈高分別為5 400 mm、3 600 mm，巷道跨度較大，頂板拉應(yīng)力較高，加之巷道頂板巖體強(qiáng)度本身較低，導(dǎo)致頂板在應(yīng)力作用下更容易出現(xiàn)離層變形。

3 沿空留巷巷道支護(hù)優(yōu)化

3.1 支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)

針對(duì)31507 回風(fēng)巷已掘進(jìn)段圍巖變形特征，為了確保巷道掘進(jìn)期間圍巖穩(wěn)定，在巷道后續(xù)掘進(jìn)時(shí)對(duì)圍巖支護(hù)參數(shù)進(jìn)行針對(duì)性優(yōu)化，通過(guò)優(yōu)化頂板錨索以及巷幫錨桿布置來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)留巷段圍巖變形控制目的，具體優(yōu)化后的巷道支護(hù)設(shè)計(jì)見圖3。

圖3 優(yōu)化后的巷道支護(hù)設(shè)計(jì)圖（未標(biāo)注單位：mm）

1）實(shí)體煤幫。根據(jù)留巷段圍巖松動(dòng)圈測(cè)試結(jié)果顯著，實(shí)體煤幫最大松動(dòng)圈分布范圍達(dá)到2.5 m，而巷道巷幫原采用的錨桿長(zhǎng)度僅為2 000 mm，錨桿長(zhǎng)度在松動(dòng)范圍內(nèi)，無(wú)法起到有效減少巷幫收斂的目的。為此，將實(shí)體煤幫錨桿規(guī)格由Φ18 mm×2 000 mm 改為Φ20 mm×2 600 mm，通過(guò)增加錨桿長(zhǎng)度來(lái)提高圍巖控制效果。同時(shí)將實(shí)體煤幫錨桿數(shù)量由3根增加至4 根，間排距優(yōu)化為900 mm×900 mm，同時(shí)靠近頂板以及巷幫的錨桿均外插15°角。保持錨索原有的支護(hù)參數(shù)不變

2）窄煤柱幫。將窄煤柱錨桿由Φ18 mm×2 000 mm 改為Φ20 mm×2 400 mm，同時(shí)靠近頂板以及巷幫的錨桿均外插15°角。錨桿數(shù)量由3 根改為4根。

3）頂板支護(hù)。頂板錨索由原支護(hù)的2 根改為3根，選用的錨索規(guī)格保持不變。錨索在靠近巷幫200 mm 位置以及頂板中部各布置一根，靠近巷板錨索有15°外插角。頂板錨桿數(shù)量以及間排距保持不變，將靠近巷幫的2 根錨桿由原有的垂直頂板布置改外外插15°角。頂板錨桿、錨索均采用鋼筋梯子梁進(jìn)行連接。

3.2 圍巖支護(hù)效果分析

對(duì)支護(hù)參數(shù)優(yōu)化后的巷道圍巖變形進(jìn)行測(cè)定，具體結(jié)果見圖4 所示。從圖中看出，巷道掘進(jìn)完成80 d 后圍巖變形量基本區(qū)域穩(wěn)定，此時(shí)頂板、實(shí)體煤幫以及窄煤柱幫變形量分別控制在32 mm、41 mm、66 mm，圍巖變形量整體較小。

圖4 巷道變形測(cè)定結(jié)果

4 結(jié)論

1）31507 回風(fēng)巷為沿空巷道，受到巷道掘進(jìn)斷面大、圍巖承載能力差以及支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)不合理等因素影響，導(dǎo)致巷道圍巖出現(xiàn)較大變形。為此，提出以強(qiáng)化幫角位置巖體變形為核心的圍巖支護(hù)優(yōu)化方案。

2）對(duì)31507 沿空巷道圍巖支護(hù)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，應(yīng)用后窄煤柱、實(shí)體煤柱最大收變形量分別控制在41 mm、66 mm 以內(nèi)，頂板下沉量控制在32 mm 以內(nèi)，有效對(duì)沿空巷道圍巖變形進(jìn)行控制，取得了較為顯著應(yīng)用效果。