于國(guó)華

（西山煤電股份有限公司馬蘭礦，山西 古交 030205）

我國(guó)許多礦區(qū)的煤層以煤層群的形式賦存，在近距離煤層開采過程中，受上煤層采動(dòng)影響，其底板巖層出現(xiàn)擾動(dòng)破壞，形成支承應(yīng)力增高區(qū)和破碎卸壓區(qū)，直接影響到下覆煤層的開采布置[1-5]。馬蘭礦12610 工作面上部為10610 采空區(qū)，根據(jù)鄰近工作面生產(chǎn)及巷道支護(hù)效果，受采空區(qū)影響，回采巷道出現(xiàn)局部冒頂片幫現(xiàn)象，巷道斷面變形嚴(yán)重，直接影響到工作面的安全高效開采。為此，開展近距離采空區(qū)下底板破壞機(jī)制與巷道差異性支護(hù)技術(shù)研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 工程概況

馬蘭礦12610 工作面開采二疊系下統(tǒng)山西組2號(hào)煤層，屬較穩(wěn)定可采近水平中厚煤層。2 號(hào)煤厚度1.55～2.34 m，平均1.88 m，煤層傾角1°～10°，平均4°。工作面位于910 m 水平南六采區(qū)，地面標(biāo)高1267～1387 m，工作面標(biāo)高864.9～896.7 m。工作面西南部為南六皮帶下山、東二回風(fēng)大巷、南九進(jìn)風(fēng)大巷，西北側(cè)為12610 廢巷、10608 采空區(qū)，東南部為10610 底抽巷，上部間隔2.48～6.73 m 為10610 采空區(qū)?；卷敒榧?xì)砂巖，厚度0.40～3.30 m，平均厚度2.70 m，灰白色，成分以石英、長(zhǎng)石為主，鈣質(zhì)膠結(jié)，層面有大量炭屑，普氏硬度7.6。直接頂為粉砂質(zhì)泥巖、煤層互層結(jié)構(gòu)。上部粉砂質(zhì)泥巖厚度0.50～2.10 m，平均厚度1.50 m，灰黑色；底部含炭量高，普氏硬度5.7；中部1 號(hào)煤，煤層厚度0.36，半暗型，普氏硬度1.8；下部粉砂質(zhì)泥巖，厚度0.50～2.14 m，平均厚度1.20 m，深灰色。上部為深灰色，含根化石較多，并含粘土質(zhì)，普氏硬度5.6。直接底為粉砂巖，平均厚度1.50 m，灰黑色，含炭質(zhì)，層理不清，普氏硬度7.1?；镜诪榉凵百|(zhì)泥巖，平均厚度2.66 m，深灰色，普氏硬度6.0。

2 近距離采空區(qū)下底板破壞機(jī)制

在近距離煤層開采過程中，受上煤層采動(dòng)影響，其底板巖層出現(xiàn)擾動(dòng)破壞，形成支承應(yīng)力增高區(qū)和破碎卸壓區(qū)，直接影響到下覆煤層的開采布置。圖1 給出了近距離上煤層采空后采空區(qū)下覆底板巖層的變形破壞機(jī)制，由圖可知，采區(qū)底板巖層受采空范圍和未采煤體的影響，下覆底板巖層的變形破壞可分為3 類，包括未采煤體下方的壓縮破壞區(qū)域（Ⅰ區(qū)）、采空范圍和未采煤體臨界區(qū)域下方的壓縮膨脹臨界破壞區(qū)域（Ⅱ區(qū)）以及采空范圍下方的膨脹破壞區(qū)域（Ⅲ區(qū)）。其中，壓縮破壞區(qū)域是指在未采煤體下方，受采動(dòng)支承應(yīng)力的影響，底板巖層出現(xiàn)的垂直壓縮破壞區(qū)域；壓縮膨脹臨界破壞區(qū)域是指位于采空范圍與未采煤體臨界區(qū)域下方，底板巖層受采空范圍和未采煤體共同影響出現(xiàn)的垂直壓縮、側(cè)向膨脹的破壞區(qū)域；膨脹破壞區(qū)域是指在采空范圍下方，底板巖層出現(xiàn)垂直膨脹的破壞區(qū)域。

圖1 采空區(qū)下伏底板巖層的變形破壞機(jī)制

根據(jù)采掘規(guī)劃，12610 工作面軌道巷將橫穿過10610 工作面回采后形成的壓縮破壞區(qū)域（Ⅰ區(qū)）、壓縮膨脹臨界破壞區(qū)域（Ⅱ區(qū)）以及膨脹破壞區(qū)域（Ⅲ區(qū)），其面臨的圍巖應(yīng)力環(huán)境和整體性能具有明顯的差異性，單一形式的巷道支護(hù)不足以實(shí)現(xiàn)巷道的穩(wěn)定控制。

3 采空區(qū)下巷道差異性支護(hù)技術(shù)

基于12610 工作面軌道巷生產(chǎn)地質(zhì)條件和近距離采空區(qū)下底板破壞機(jī)制分析，開發(fā)適應(yīng)12610 工作面軌道巷的差異性支護(hù)技術(shù)。試驗(yàn)巷道沿煤層頂板布置，矩形斷面寬×高為4.5 m×2.7 m，如圖2。

圖2 巷道支護(hù)斷面圖（mm）

（1）Ⅰ區(qū)和Ⅱ區(qū)巷道支護(hù)技術(shù)

壓縮破壞區(qū)域和壓縮膨脹臨界破壞區(qū)域巷道圍巖應(yīng)力環(huán)境復(fù)雜，巷道支護(hù)困難（該范圍定義為采空范圍和未采煤體臨界30 m 范圍內(nèi)），采用“錨網(wǎng)帶+柱梁”聯(lián)合支護(hù)技術(shù)，具體支護(hù)參數(shù)如下：

頂幫錨桿采用規(guī)格Φ20 mm、L2000 mm 的左旋無(wú)縱筋高強(qiáng)錨桿，每根錨桿配套1 支CK2335、1 支Z2360 錨固劑，錨桿錨固長(zhǎng)度不低于1.0 m，錨桿配套球形墊圈、蝶形托盤等支護(hù)組件，頂幫錨桿間排距設(shè)計(jì)為0.8 m×0.8 m，頂幫錨桿預(yù)緊扭矩不低于300 N?m；金屬網(wǎng)采用菱形網(wǎng)，由12#鐵絲編織，頂網(wǎng)規(guī)格4.7 m×1.1 m，幫網(wǎng)規(guī)格2.5 m×1.1 m，鋪網(wǎng)時(shí)，網(wǎng)與網(wǎng)的搭接不低于0.2 m；頂幫錨桿均采用W 鋼帶連接，采用寬度280 mm、厚度4 mm的W 鋼帶；采用單體液壓支柱和π 型梁加強(qiáng)支護(hù)，單體液壓支柱型號(hào)DW31.5-200/100，π 型梁規(guī)格L4.0 m，一梁三柱，柱距0.8 m。

（2）Ⅲ區(qū)巷道支護(hù)技術(shù)

膨脹破壞區(qū)域底板巖層出現(xiàn)垂直膨脹破壞，其處于破碎卸壓區(qū)，雖然其圍巖完整性較差，但是其應(yīng)力環(huán)境較好，巷道相對(duì)易于維護(hù)，因此設(shè)計(jì)采用錨網(wǎng)帶聯(lián)合支護(hù)技術(shù)。支護(hù)參數(shù)僅支護(hù)密度與Ⅰ區(qū)和Ⅱ區(qū)巷道支護(hù)技術(shù)不一致，其余均參照該支護(hù)，頂幫錨桿間排距設(shè)計(jì)為1.0 m×1.0 m。

4 巷道圍巖控制效果分析

將開發(fā)的采空區(qū)下巷道差異性支護(hù)技術(shù)應(yīng)用于12610 工作面軌道巷，進(jìn)行了巷道圍巖變形實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。圖3給出12610工作面軌道巷掘進(jìn)5個(gè)月（150 d）的圍巖變形情況。由圖可知，12610 工作面軌道巷掘進(jìn)70 d 內(nèi)圍巖產(chǎn)生了較大變形，頂板和兩幫累計(jì)移近量分別為181 mm、139 mm，頂板和兩幫移近速度分別為2.58 mm/d、1.98 mm/d；巷道掘進(jìn)70 d 后，圍巖移近速度逐漸減緩直至圍巖變形趨于穩(wěn)定（120 d），巷道頂板和兩幫累計(jì)移近量分別為221 mm、166 mm。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，試驗(yàn)巷道服務(wù)期內(nèi)并未發(fā)生大的變形和事故，圍巖控制效果均較好，證明了采空區(qū)下巷道差異性支護(hù)技術(shù)的安全性和可靠性。

5 結(jié)論

近距離上煤層采空后，受采空范圍和未采煤體的影響，下覆底板巖層的變形破壞可分為3 類，包括未采煤體下方的壓縮破壞區(qū)域（Ⅰ區(qū)）、采空范圍和未采煤體臨界區(qū)域下方的壓縮膨脹臨界破壞區(qū)域（Ⅱ區(qū)）以及采空范圍下方的膨脹破壞區(qū)域（Ⅲ區(qū)）。基于此，開發(fā)了采空區(qū)下覆巷道差異性支護(hù)技術(shù)，壓縮破壞區(qū)域和壓縮膨脹臨界破壞區(qū)域采用“錨網(wǎng)帶+柱梁”聯(lián)合支護(hù)，膨脹破壞區(qū)域采用錨網(wǎng)帶聯(lián)合支護(hù)，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用后實(shí)現(xiàn)了巷道圍巖穩(wěn)定控制。