近距离煤层采空区下综放面回采巷道支护研究

裴春敏

（山煤国际能源集团股份有限公司煤业分公司，山西 太原 030006）

1 工作面基本情况

1.1 矿井基本情况

铺龙湾煤业隶属山西煤炭进出口集团有限公司，地处山西省大同市左云县东南26 km处，为单独保留的兼并重组整合矿井，交通较为便利。井田面积4.864 9 km2，开采1 号～8 号煤层，核定产能1.20 Mt/a。采用斜井开拓方式，共布置有3 个井筒，属低瓦斯矿井，水文地质属中等型。井田共有煤层7 层，其中有4 层可采煤层，均位于太原组。井田范围内各可采煤层参数见表1。

表1 井田可采煤层特征

1.2 8103工作面基本情况

8103 工作面位于一采区东部，施家窑村东部，地面整体为东高西低。埋深317.4～332.1 m，采用综放工艺开采。所采8 号煤层厚度4.2～8.2 m，平均6.2 m。8 号煤层倾角1°～3°，平均2°。

8103 工作面北部与已开采的一采区8101 首采面采空区相邻，南部为未进行采掘活动的实体煤，西部与一采区大巷相邻，东部与F5断层相邻。8103 工作面倾向长度为149.5 m，可采长度为759 m。其上覆为重叠式布置的5103 工作面，层间距为18.3～24.6 m，所采5 号煤层厚度5.96～12.60 m，平均8.55 m。8103 工作面与5103 工作面位置关系见图1。

图1 8103 工作面与5103 工作面位置关系

8103 工作面顶底板特征见表2。

表2 8103 工作面顶底板特征

2 回采巷道支护方案优化

2.1 回采巷道稳定性影响因素

8103 工作面因受上覆近距离5 号煤层5103工作面采空区采动应力影响，81031 巷道出现帮鼓、底鼓等现象。根据相关研究成果，结合8103 工作面实际情况分析，影响近距离煤层采空区下回采巷道围岩稳定性的主要因素包括以下几个方面：

（1）回采巷道所处工程地质环境不好。回采巷道顶底板围岩岩性软弱、裂隙节理发育、自身强度偏低，并又会受到上覆近距离煤层所布置的回采工作面采动作用，最终导致回采巷道围岩出现严重的变形破坏等现象［1-2］。

（2）回采巷道所设计支护方案不合理。根据相关研究成果，近距离煤层群开采条件下，下组煤层所布置工作面回采巷道围岩往往会具有非线性力学特点，而常规的单一支护体形式难以同巷道围岩形成耦合，最终导致回采巷道发生顶板下沉、帮鼓底鼓等情况［3］。

（3）上覆近距离煤层工作面采动影响。由于回采巷道受多次采动影响，二次扰动对回采巷道的变形破坏加剧，对其围岩稳定性产生十分不利的影响［4］。

2.2 81031巷道原支护方案

顶锚杆采用Φ20 mm×2 400 mm 螺纹钢，每排布置5 根，间距、排距均为1 000 mm，两侧锚杆分别距离巷帮300 mm，并且与顶板呈75°倾斜向巷帮一侧，中间的3 根锚杆均垂直顶板打设。顶锚索采用Φ17.8 mm×9 300 mm 钢绞线，每排2根，间距2 000 mm 排距3 000 mm，沿巷道中心线对称布置（锚索代替同排支护位置的锚杆）。帮锚杆采用Φ18 mm×2 000 mm 圆钢，间距1 100 mm，排距1 000 mm。

巷道顶板及帮部均使用钢筋网支护，钢筋网必须紧贴岩面并用锚杆托板压紧，帮部钢筋网铺设顶板向下2.8 m。锚杆均各安装1 支MSCK2360型锚固剂，锚索均各安装2 支MSCK2360 型锚固剂。81031 巷道原支护方案断面见图2。

图2 81031 巷道原支护方案断面

2.3 81031巷道支护优化方案

针对81031 巷道因上覆采空区影响出现帮鼓、底鼓等实际问题，对81031 巷道支护方案进行补强优化，具体方案措施如下［5］：

（1）81031 巷道左帮处理吊包后用WX250/3.0型钢带+ 锚杆加固支护。W钢带长度2 600 mm，间距1 000 mm，帮部锚杆采用Φ20 mm×2 400 mm，用一卷MSCK-2360 树脂锚固，预紧力370 kN，托板采用150 mm×150 mm 铁板盘。

（2）采用DW42-250/110X型单体配合π型钢梁对巷道顶板进行补强支护，采用“一梁三柱”的布置方式，梁间距1 200 mm。

（3）视现场底鼓情况对81031 巷道底鼓区域进行起底，需满足设计要求的巷高3 m。

81031 巷道支护优化方案见图3。

图3 81031 巷道支护优化方案断面

3 巷道支护优化后的矿压观测

对81031 巷道进行矿压观测，根据所记录的监测数据分别绘制巷道顶板、两帮围岩变形量变化曲线，见图4。

图4 巷道顶板、两帮围岩变形量变化情况

通过对图4 进行分析，81031 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，并且在改进支护方案后第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。

4 结语

通过布置于81031 巷道的矿压监测设备所采集的数据显示，围岩位移量较优化前明显减小，锚固区应力稳定，围岩变形能够被很好地控制，预计可减少200 m 的巷道维修材料费用，可节省30 万元左右。本次对于近距离煤层采空区下综放工作面回采巷道支护技术的研究成果，不仅对于保证矿井安全生产具有积极的实践价值，并且对于推广到该矿井其他类似条件下回采巷道的支护设计与施工中也具有推广价值。