长沟煤矿采空区下回采巷道掘进支护技术分析

郝彦军

（晋能控股煤业集团 长沟煤矿，山西 晋中0 323700）

0 引 言

近年来伴随采煤技术的发展，我国煤矿掘进深度随之增加，地质条件变化更加复杂，给煤炭生产安全带来诸多挑战。其中有些煤矿开采的煤层为近距离煤层，如河南平顶山、山西大同等。煤炭开采作业中，存在扰动，近距离煤层开采时，上覆煤层开采后，煤层底板多会产生裂隙，严重影响下覆煤层的开采作业安全，同时顶板控制难度剧增，地质条件恶化，回采时存在顶板冒落、围岩位移的隐患。本文以长沟煤矿近距离煤层区15112运输巷掘进为研究对象，对地质构造薄弱环节进行重点分析，拟采用锚杆网+工字钢架棚联合支护方式，并根据施工现场，制定围岩支护方案。

1 概 况

长沟煤矿位于山西省晋中市境内，井田南北长约4.10 km，东西约4.0 km。至今开采60余年，井田面积9.066 9 km2，开采标高1 350—810 m，生产规模90万t/a。可采煤层3、8、15号煤层，层间距10～25 m，局部煤层间距在10 m以内。3号和8号为近距离煤层区，煤层厚度号分别为3.8 m和2.5 m，顶底板以粉砂岩、泥岩为主，煤层间距平均值约15 m，最小层间距5 m。3号煤层开采结束后，造成8号煤层顶板裂隙扩张、顶板破碎，回采作业困难。15112运输巷需掘进1 190 m，参照已有地质资料数据，掘进作业存在揭露断层、陷落柱等风险，为解决这些问题，拟采用锚网索+工字钢的联合支护方式。

2 围岩支护设计

15112运输巷围岩破碎情况给支护带来困难。为优化支护效果，拟使用主动、被动支护相结合的方式，即锚杆、锚索控制围岩变形，钢棚架提高围岩表面强度。

15112运输巷道断面呈梯形，净高2.2 m，上宽2.8 m、下宽3.6 m。浅表围岩以锚杆及金属网固定，巷道表面以工字钢架棚进行加固，避免围岩失稳，发生危险。巷道支护如图1所示。

图1 巷道支护断面Fig.1 Roadway support section

巷道顶板使用螺纹钢锚杆支护，型号规格为φ22 mm×2 200 mm，锚杆布置方式为一排4根，间距为800 mm，排距为1 000 mm。临近巷帮的2根锚杆外插15°，居中的2根锚杆与顶板呈90°布置；采用方形托盘护表，其型号规格为120 mm×120 mm×8 mm，金属网使用8号钢丝编织。

巷道两帮每帮设立2根锚杆，型号规格为φ22 mm×2 200 mm，间距和排距为1 000 mm，巷帮上下2根锚杆和顶底板控制间距约600 mm，配套的金属网使用8号钢丝编织。

钢架棚以11号工字钢为基材，棚距1 000 mm，以圆木填实顶部和巷帮，支撑巷道外表的岩体。

锚杆、锚索的预紧力是近距离煤层采空区下掘进巷道支护的关键参数，提高预紧力有利于提升支护质量。15122运输巷顶锚杆预紧力≥6.4 t，扭矩≥300 N·m；两帮锚杆预紧力≥3 t，扭矩≥100 N·m；锚索预紧力10 t左右。

3 围岩控制效果

为检验设计的锚网索+工字钢联合支护效果，对15112运输巷围岩变形进行监测。监测内容主要包括两帮及顶板形变量，测量仪器选择JSS30A型数显收敛计。监测方法采用十字测点法，在测点周围两帮、顶底板各布置观察点，如图2所示。

图2 观察点布置示意（A、B、C、D 4个点)Fig.2 The layout of observation points(A,B,C,D four points)

测量时测定AC、BD、AB、AD的距离，为提高测量精度，每个参数测量3次，取平均值作为有效数据。若测量值偏差较大时（＞0.5 mm时），则重新进行测量。形变量具体计算方法如下：

观测人员进行数据测量，实测AC、BD、AB、AD线段的初始值，依照式（1）计算x、x'、y、y'的初始值。之后每次测得AC、BD、AB、AD线段长度值，则依照式（1）计算x、x'、y、y'的计算值，计算值与初始值的差，即表示A、B、C、D的绝对位移值。

在15122运输巷内进行围岩支护效果检测，取1号、2号两个测点进行说明。1号、2号测点分别位于掘进迎头10 m、50 m处。以测点为中心，对其周边围岩进行变形量监测（顶板、底板、巷帮），所测数据如图3所示。

由图3可知，测试的两点巷道四周围岩形变细微，且规律一致。监测第1周，每日进行1次数值测量，监测7 d内围岩形变显著；监测第2周围岩形变逐渐变缓；监测第3周围岩形变逐渐平缓，呈基本稳定状态。形变趋于稳定后，1号测点周边顶底板、巷帮变形量分别为159.90 mm、80.31 mm；2号测点周边顶底板、巷帮变形量分别为157.50 mm、73.79 mm。

图3 测点围岩变形量监测结果Fig.3 Monitoring results of surrounding rock deformation at measuring points

监测数据表明，围岩变形量较小，稳定性好；观察工字钢架棚，目测无变形，外观完好。顶板岩体无冒落情况，稳定性较好。

4 结语

长沟煤矿15122运输巷位于3号煤层采空区下方，受上覆煤层采动影响，岩体开裂严重，掘进过程中存在岩层冒落、围岩失稳等重大隐患。通过实地考察，结合过往围岩支护经验，实施锚杆网+工字钢架棚联合支护。为检验支护效果，对15112运输巷围岩变形进行监测。监测数据表明，采用联合支护方式后，顶底板和巷帮最大变形量分别为159.90 mm、80.31 mm，围岩变形量小，且钢架棚外观良好、无变形，说明设计的围岩支护方案效果优异，满足了长沟煤矿安全生产要求，为后期开采作业奠定了良好的基础。