程庄煤矿厚煤层动压巷道变形规律及控制

史晓东，赵义寿

（燕龛煤炭有限责任公司，山西 阳泉 045000）

·技术经验·

程庄煤矿厚煤层动压巷道变形规律及控制

史晓东，赵义寿

（燕龛煤炭有限责任公司，山西 阳泉 045000）

针对程庄煤矿15103工作面厚煤层动压巷道控制的难题，确定了巷道与相邻采空区的煤柱宽度为20 m，以及相邻工作面回采结束6个月的开掘时机，采用全断面锚索支护掘进巷道，与此同时开展矿压监测，得到了厚煤层动压巷道以底鼓为主的变形规律。提出了通过大直径长锚索强化顶帮，缓解巷道底鼓的控制对策，结果表明，该控制对策科学合理，取得了良好的控制效果，可为该矿类似条件下巷道的维护提供一定的参考价值。

厚煤层；动压巷道；锚索支护；控制对策

1 工程地质概况

燕煤公司程庄煤矿井田面积8．947 6 km2，生产能力为180万t/年，15#煤层为785 m水平，煤层平均厚7．5 m，埋深约350～500 m，采用综采放顶煤开采，相对瓦斯涌出量为6．4 m3/t，工作面南北两翼布置交替开采。15103工作面位于1采区南翼第二个采煤工作面，采用倾向长壁式布置，该工作面布置推进倾斜长度为900 m，走向采长为180 m，该工作面东部为15101工作面采空区，该工作面在15#煤层布置3条巷道，分别为进风顺槽、回风顺槽、内错尾巷，均采用双锚支护。

15#煤层老顶为砂质泥岩，灰黑色，裂隙发育，含植物化石，厚8．1～15．7 m，平均11．51 m；直接顶为K2石灰岩，深灰色，质较纯，裂隙发育，充填方解石脉，含丰富的动物化石，中间夹3层砂质泥岩，将石灰岩分为四节，俗称“四节石灰岩”，厚11．2～16．3 m，平均13．76 m；常见0．3～0．5 m厚的砂质泥岩为伪顶；其底板为砂质泥岩，厚1．9～2．3 m，平均2．1 m，灰黑色，富含植物化石及黄铁矿结核。

由于15103工作面与15101工作面相邻，15103工作面回风顺槽将布置在15101工作面侧向支承压力的影响范围内，加之回风巷沿巷道底板掘进，其直接顶板为4．5 m厚顶煤，15103工作面回风巷属于厚煤层动压巷道，其维护具有极大的挑战性［1］。

2 回风巷位置确定及其支护设计

2．1 回风巷掘进位置和开掘时机的确定

由于煤层采出后，采空区周围原有应力平衡状态受到破坏，在回采引起的超前移动支撑压力作用下，采空区周围岩体应力再次重新分布，塑性区显著扩大，采空区一侧顶板弯曲下沉，支承压力峰值不断升高，使得巷道矿山压力显现强烈。

根据采空区矿压显现规律，据采空区外30 m处矿压集中应力值达到最大。为了减少煤炭资源的损失将回风大巷布置在矿压影响显现比较小的位置，与采空区保留20 m的煤柱。

为了保障15103工作面回风巷掘进时的安全，降低巷道控制难度，缓和巷道矿压显现，在15101工作面回采结束6个月之后，掘进15103工作面回风巷，其位置示意图见图1。

2．2 回风巷支护参数设计

巷道锚杆支护设计方法主要有工程类比法、理论计算法和数值模拟法，但是由于程庄煤矿从建矿至今

基本未开展岩石力学性能测试、地应力测试等工作，基础资料比较缺乏，因此，采用工程类比法进行锚杆支护设计。

结合程庄煤矿15101工作面回采巷道支护设计，参考阳泉矿区其它矿井15#煤层厚煤层动压巷道支护参数，15103回风顺槽为矩形断面，采用波纹钢带+金属网+锚索联合支护，巷道毛宽4．3 m，净宽4．0 m，毛高3．1 m，净高2．9 m，毛断面积13．33 m2；净断面积11．6 m2。锚索锚固剂为MSCK-23/120的树脂固化剂1卷，顶锚索预应力不小于55 MPa，锚索端头深入15#煤坚硬岩层不小于1 000 mm；帮锚索预应力不小于40 MPa，帮锚固剂为MSCK-23/120的树脂胶泥固化剂。15103工作面回风巷的支护参数示意图见图2。

图1 15103回风巷位置示意图

图2 15103回风巷支护参数示意图

3 巷道变形规律及控制对策

3．1 补强前巷道变形规律

由于受采空区影响，周围岩体应力重新分布，集中分布区引起应力的重新分布，从而引起岩层的变形、破坏移动，随着巷道掘进的延伸，采空区动压期时间间隔也逐渐缩短，在掘进过程中矿压显现明显，顶板破碎，压力增大，出现顶板煤层冒落达4．5 m的高度，在综掘机割煤时难以控制顶板，顶部煤层松软；同时两帮片帮严重，维护难度加大。

在回风巷掘进初期，开展了为期60天的矿压监测，结果见图3。巷道底鼓最大达到700 mm，顶板下沉和两帮移近分别达到了250 mm和200 mm；此外顶板压力表初始设定值为20 MPa，来压后压力增加到30 MPa。矿压观测结果表明：巷道顶板和帮部在可控范围内，围岩变形以底鼓为主，说明前期的支护参数可以有效控制巷道顶板和帮部变形，但底鼓量很大，15103工作面回风巷难以保持长期稳定，开放的底板是该类厚煤层动压巷道控制关键［2］。

图3 补强前巷道围岩的变形示意图

3．2 针对性的控制对策及控制效果

根据巷道设计的要求，为满足生产所需的巷道断面，需要对矿压显现剧烈区进行针对性的补强。由于巷道围岩变形以底鼓为主，过量的底鼓会导致顶帮承载结构的失稳，但是由于回采巷道维护时间短、底板加固施工困难、工艺复杂，一般不采用加固法直接对回采巷道底板进行有效加固［3］。为此提出了通过大直径长锚索补强顶帮，缓解巷道底鼓的控制对策，加大顶帮锚固的范围，促使更多的顶帮围岩成为围岩自身承载结构的一部分，从而大幅度提高了支护-围岩承载结构的承载能力［4，5］，可以从根本上保证巷道的长期稳定。

补强的控制对策：顶板每排采用2根直径21．6

mm的10．2m补强锚索，间距1．4m，排距1．6m。由于掘进时对巷道底板没有进行支护，因此，底板的变化比较大，对底板鼓起处采取起底的措施，使巷道达到设计要求，并在起底处下帮两侧补打1根直径15．24 mm的5．2 m锚索。

为了检验巷道补强的效果，进行了矿压观测，结果见图4。

图4 补强厚巷道围岩的变形示意图

通过对所掘巷道采取以上措施，巷道在工作面回采前没有出现明显的变化，顶板下沉、两帮移近和底鼓分别为50 mm、90 mm、150 mm，巷道底鼓得到明显的改善，可满足采煤工作面的正常生产。

4 结 论

1）确定15103工作面回风巷巷道与相邻采空区的煤柱宽度为20 m，以及在15101工作面回收完毕6个月开掘巷道的时机。

2）矿压观测结果表明，15103工作面厚煤层动压巷道围岩的变形以底鼓为主，提出了开放的底板是该类巷道围岩控制的关键，给出了通过大直径长锚索强化顶帮，缓解巷道底鼓的控制对策。

3）现场应用结果表明，锚索补强顶板的控制对策科学合理，取得了良好的控制效果，保证了采煤工作面的正常回采，为程庄煤矿类似条件下动压巷道的维护提供了一定的参考价值。

［1］王汉鹏，李术才，李为腾，等．深部厚煤层回采巷道围岩破坏机制及支护优化［J］．采矿与安全工程学报，2012，29（5）：631-636．

［2］张 农，李宝玉，李桂臣，等．薄层状煤岩体中巷道的不均匀破坏及封闭支护［J］．采矿与安全工程学报，2013，30（1）：2753-2758．

［3］张 农，王 成，高明仕，等．淮南矿区深部煤巷支护难度分级及控制对策［J］．岩石力学与工程学报，2009，28（12）：2421-2428．

［4］张 农，李桂臣，阚甲广．煤巷顶板软弱夹层层位对锚杆支护结构稳定性影响［J］．岩土力学，2011，32（9）：2753-2758．

［5］张 农，李桂臣，许兴亮．泥质巷道围岩控制理论与实践［M］．徐州：中国矿业大学出版社，2011：153-155．

Deformation Law and Control for Thick Coal Seam Roadway in Dynamic Pressure of Chengzhang Coal Mine

Shi Xiao-dong，Zhao Yi-shou

According to control problem of thick coal seam roadway in dynamic pressure at 15103 working face in Chengzhuang coal mine，determined that coal pillar width between the roadway and the adjacent goaf was 20m and the digging time after the adjacent working face mining is over 6 months．Anchor support of the whole cross section was adapted．Meanwhile，the roadway was monitored．Deformation law which the heaving floor is major deformation of the thick coal seam roadway in dynamic pressure was obtained．Puts forward the countermeasures which large diameter and long anchors strengthen the roof and sides，relieve floor heave．The results show that the control countermeasure is scientific and reasonable，and obtains a good control effect．That provides a certain reference value for the roadway maintenance of the mine under similar conditions．

Thick coal seam；Dynamic pressure roadway；Anchor cable support；Control countermeasure

TD353+．6

B

1672-0652（2013）07-0025-03

2013-04-17

史晓东（1978—），男，山西阳泉人，2011年毕业于大同大学，助理工程师，主要从事采矿方面的技术与管理工作（E-mail）wangchengcumt＠163．com