西曲矿近距离煤层回采巷道支护技术探析

杨 磊

（西山煤电西曲矿，山西 古交 030200）

西曲矿北一盘区下组煤8#煤层和9#煤层为石炭系上统太原组，层间距在1.3～4.9 m范围内，平均层间距仅为2.88 m，属于近距离煤层开采。由于上覆8#煤层的各个工作面已开采完毕，在开采其下方9#煤层时，9#煤层顶板围岩的整体性、稳定性已遭到破坏，因此9#煤层工作面回采巷道的围岩活动将会十分剧烈、变形破坏程度也会十分厉害，巷道支护也将非常困难。

1 工程概况

29106 工作面位于西曲矿北一盘区西部，北邻西983 运输大巷，南邻已开采的29101 工作面，西邻待开采的29107 工作面，东部为9 号煤未开采区域。地面位于港立村东南部，南坪村东北部，崖窑上回风井西南部，地表大部分被黄土覆盖，盖山厚度230～310 m。上覆8#煤层28106、28107 工作面已回采，29106 工作面煤层，厚度为2.07～3.20 m，平均2.75 m；倾角为2°～11°，平均5°。直接顶岩性平均厚度2.68 m的细粒砂岩，基本顶岩性为平均厚度7.82 m的石灰岩； 直接底岩性为平均厚度0.95 m的砂质泥岩，老底岩性为平均厚度2.21 m的中粒砂岩。

29106 工作面轨道巷承担进料、进风的任务，皮带巷承担出煤、回风的任务。工作面两条回采巷道均为矩形断面，巷道宽、高分别为4.0 m、2.4 m。

2 回采巷道顶板岩层稳定情况

以29106 工作面轨道巷作为研究对象，巷道长度为980 m。

2.1 固定梁结构安全跨度

根据现有理论成果，将巷道顶板岩层两端看作是固定梁结构进行分析，其安全跨度可由公式（1）进行计算。

式中：[σ]为回采巷道顶板岩层自身的许用应力，可由σ=σt/n进行计算，σt为回采巷道顶板岩层自身的极限抗拉强度；n为许用安全系数；h为回采巷道顶板直接顶厚度；q为作用于回采巷道顶板单位长度上的覆岩载荷。

将29106 工作面轨道巷相关参数代入式（1）可以得出，其安全跨度值为2.31 m，但其设计宽度为4.0 m，由此得出原始巷道顶板将会在开掘后逐渐发生垮落。

2.2 固定梁结构受力分析

根据固定梁结构相关力学理论，其中部位置所受弯矩最大，此弯矩值可由式（2）进行计算。

式中：Lm为回采巷道宽度。将29106工作面轨道巷相关参数代入式（2）可以得出，其顶板中部位置所受最大拉应力为34 MPa，而其直接顶细粒砂岩抗拉强度仅为26 MPa，由此得出原始巷道将会在开掘后从其顶板中部位置处逐渐出现断裂。

从上述分析可以得出，29106 工作面轨道巷原岩承载能力较弱，加之上覆近距离的28106、28107工作面采空区，受采动影响29106 工作面轨道巷顶板岩层势必更加破碎，因此设计采用具有较强主动承载能力的锚网索联合支护方式。

3 回采巷道支护方案

29106 工作面轨道巷锚网索联合支护的支护参数见表1。

表1 29106 工作面轨道巷支护参数

29016 工作面轨道巷锚网索联合支护三视图见图1。

图1 29106 工作面轨道巷支护

4 支护效果分析

4.1 支护监测布置

在29106 工作面轨道巷掘进至50 m、200 m处分别布置1 个矿压监测站，各监测站分别安装顶板离层监测装置、两帮位移监测装置、锚杆应力监测装置和锚索应力监测装置。图2 为29106 工作面轨道巷现场支护情况。

图2 29106 工作面轨道巷现场支护情况

4.2 支护监测分析

根据所记录的监测数据分别绘制图3 和图4的锚杆、锚索拉应力变化曲线和巷道顶板、两帮围岩变形量变化曲线。

图3 巷道锚杆、锚索支护拉应力变化情况

图4 巷道顶板、两帮围岩变形量变化情况

对图3 和图4 分析可知，29106 工作面轨道巷开掘后原岩应力状态受到破坏，布置于巷道顶板的锚索和锚杆以及布置于巷道两帮的锚杆，所受拉应力随着时间推移均呈现出逐渐增大的现象，并且在开掘后第7 天到第10 天左右，所受拉应力保持在稳定范围内基本不再增大，锚索拉应力保持在120 kN左右，顶锚杆拉应力保持在52 kN左右，帮锚杆拉应力保持在49 kN左右。巷道顶板、两帮围岩变形量在巷道开掘后随着时间推移均出现大幅度增大的趋势，并且在开掘后第10 天左右可以保持在稳定范围内基本不再增大，顶板下沉量保持在88 mm左右，两帮移近量保持在43 mm左右。

根据矿压监测结果分析可知，本次近距离煤层回采巷道采用锚网索联合支护形式，具有较强的主动承载能力，巷道围岩能够保持相对稳定，保证了回采巷道现场作业空间，有利于工作面安全高效生产。

5 结语

对29106 工作面轨道巷顶板围岩稳定性进行分析研究的基础之上，确定了该回采巷道采用锚网索联合支护形式，并细化具体支护参数。回采巷道开掘后通过布置两个矿压监测站对支护效果进行日常跟踪，对矿压监测数据进行分析后得出，采用该支护方案能够使巷道围岩保持相对稳定，满足工作面安全回采要求；并对西曲矿8#煤层下方近距离开采的9#煤层的其他工作面回采巷道的支护设计具有指导作用。