新景公司單一煤層二次復用回采巷道冒頂的原因及預防措施

馬晨晶

（山西新景礦煤業有限責任公司， 山西 陽泉 045000）

引言

新景公司井田位于陽泉市區西部，距陽泉市中心 11 km，井田面積 64.747 km2。目前主采 3、8、15 號煤，8 號煤層采用走向長壁后退式綜合機械化采煤法開采，全部垮落法管理頂板。以往8 號煤回采巷道，以8128 為例，采用U+L 形通風方式，之后8 號煤采用Y 形通風方式，使用簡易沿空留巷的方法進行回采，即在工作面輔助進風巷采空側采用木點柱掛鋼筋網擋矸進行沿空留巷。

8127 輔助進風巷首先作為8128 工作面的瓦斯治理巷使用，待8128 回采完畢后，銜接8127 工作面時，再作為8127 工作面的進風巷使用。該巷道掘進支護初始設計時，以沿空留巷空巷設計（即第二輔助進風巷），降低了頂板支護強度。

1 巷道概況

1.1 巷道位置及鄰近關系

8127 進風巷位于8 號煤蘆南區北翼采區西部，東為8127 輔助進風巷及回風巷（已掘），南為8 號煤蘆南區北翼采區大巷，西為8128 工作面（已采，2019年6 月開始回采，2020 年3 月回采結束），北為525水平中條帶大巷。

8127 進風巷布置于下伏15 號煤80124（2017年回采結束）和80123 工作面（2013 年回采結束）煤柱上方，煤層間距平均80 m，8127 進風巷上覆為3號煤721010 工作面采空區，煤層間距平均30 m（2006 回采結束），見圖 1。

1.2 巷道用途

圖1 8127 工作面布置圖

該巷道為二次復用巷道，在8128 工作面回采期間，作為瓦斯治理巷使用?；夭?127 工作面期間，用作進風巷。煤柱留設寬度為35 m。

1.3 巷道頂板情況

8127 進風巷埋深為344～522 m。8 號煤層直接頂為砂質泥巖，平均厚度8.08 m，灰黑色，含植物化石，中部夾1～2 層菱鐵礦結核，本層上部常相變為粉砂巖，下部常相變為泥巖。老頂為中粒砂巖，平均厚度6.65 m，灰白色，成分以石英為主，長石次之，夾泥質條帶，含云母和黑色礦物，硅質膠結，局部相變為中粒砂巖。直接底為砂質泥巖，平均厚度1.87 m，灰黑色，富含植物碎片化石和黃鐵礦，頂部有時相變為泥巖。

1.4 巷道支護形式

1.4.1 0～600 m 支護形式

頂錨桿選用選用Φ20 mm×2 400 mm 左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，間距940 mm，排距900 mm。頂錨索選用Φ17.8 mm×7 200 mm，1860 級低松弛錨索，每兩排布置三根，在頂鋼帶上的“二、五”眼位和巷中位循環布置，排距為900 mm。

幫錨桿選用Φ20 mm×2 400 mm 的麻花錨桿，分三排呈“矩形”布置，間距為900 mm，排距為850 mm。

1.4.2 600～1 500 m 支護形式

頂部采用W 鋼帶+經緯網+螺紋鋼錨桿+錨索聯合支護；頂錨桿選用Φ20 mm×2 000 mm 左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，間距900 mm，排距為1 000 mm；頂錨索選用Φ17.8 mm×5 200 mm，1×7 股高強度低松弛預應力錨索，每兩排布置3 根，在頂鋼帶間的“二、五”眼位和巷中按“二一二”循環布置，排距為1 000 mm，錨索間距為2 700 mm。

幫錨桿選用Φ20 mm×2 000 mm 的左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，每排每幫分別布置2 根或3 根錨桿，間距900 mm 或1 200 mm，分三排呈“矩形”布置，間距為900 mm，排距為850 mm，錨桿排距1 000 mm。

1.5 巷道冒頂情況

8128 回采結束后，根據現場觀測情況，8127 進風巷共有3 處冒頂、一處溜矸。具體如下：

1）第一處冒頂區位于第十一橫貫處，距切巷70m，冒落長度約為38 m。

2）第二處冒頂區位于第十橫貫以里70 m 處，冒頂長度預計30 m。

3）第三處冒頂位于第七橫貫以里20 m 處，冒頂長度預計為15 m。

4）五橫貫至六橫貫由于受掘進期間揭露陷落柱構造，構造前后頂板比較破碎，網包較多，支棚邊緣有一處網破（1 m×2 m）流矸。

5）七橫貫至八橫貫靠近煤柱側頂板大部門錨桿、錨索失效，并伴有底鼓顯現；六橫貫至九橫貫橫貫中底鼓顯現較為明顯，最大底鼓位移量為1 m。具體見圖2、圖3。

圖2 現場冒頂情況

圖3 煤柱側頂板錨桿錨索失效情況

2 8127 進風巷冒頂原因分析

2.1 鄰近回采動壓及下伏采空區應力的影響

8127 進風巷處于下伏80124 和80123 工作面保護煤柱兩側集中應力區內，由于下伏兩工作面回采后煤柱兩側呈現彎曲下沉，對上覆巖層形成一定的下沉拉力，根據現場礦壓顯現情況分析，影響水平距離為20 m 左右，尤其靠近煤柱側，煤層比較破碎，頂板錨桿失效多，尤其七橫貫至八橫貫呈現連續錨桿內斷現象。

8127 進風巷冒落段處于8128 采空區側向支承應力影響區域，在8128 工作面滯后采動應力及下伏煤柱應力集中等多種因素共同作用下，造成巷道應力增高。

2.2 巷道支護強度的影響

通過現場觀測，三處冒頂區段主要集中在600～1 500 m 范圍，該范圍頂錨桿由原來的2.4 m 改為2 m，錨索由7.2 m 改為5.2 m。設計支護方式時，考慮8 號煤工作面開采方式為沿空留巷（Y 形通風），該巷道前期作為8128 回風巷使用，后期作為8127 工作面第二輔助進風巷（即空巷）使用，所以降低了支護強度。

2.3 頂板巖性的影響

8 號煤頂板為泥巖，易形成網包和離層，不如堅硬巖石容易形成一個整體，所以頂板需要通過增加錨索支護密度和強度，來提高頂板的整體性。

2.4 構造的影響

8127 進風巷第5 橫貫至6 橫貫陷落柱支棚邊緣溜矸，主要原因為構造邊緣為應力牽引集中區，現場頂板破碎嚴重，構造前后5 m 未按規定支設T 型棚加強支護。

3 對動壓巷道支護設計的優化及整改措施

1）在8128 工作面回采過程中，8127 進風巷出現了三次冒頂現象，并出現靠近采幫側錨索、錨桿拉斷現象嚴重。因此從支護設計上研究，為了確保支護質量合格和避免動壓造成相鄰巷道出現冒頂和大面積底鼓等現象，在8 號煤回采順槽巷道中不再使用“三高一低”支護形式，將錨桿和錨索同排布置在鋼帶上，每排四根錨索，排距 900 mm（8129、8305 輔助進風巷及回風巷均已實施）。

2）合理排布回采銜接，避免下覆回采工作面對上覆工作面應力影響。

3）加強構造區邊緣支護管理，嚴格按照規定在構造前后5 m 范圍內加強支護。

4）建議二次復用巷道回采期間增加超前支護距離及強度。由于回采巷道服務期間將受構造應力、鄰近工作面側向支承應力及本工作面超前支承應力的疊加影響，應力環境復雜，應力集中程度較高，為有效保證頂板穩定，避免冒頂事故發生，建議回采期間，根據現場實際情況，增加超前支護距離，具體距離根據巷道變形及支護結構受力等情況確定。同時，必須補打頂板加強錨索，提前補強巷道支護。