長溝煤礦采空區下回采巷道掘進支護技術分析

郝彥軍

（晉能控股煤業集團 長溝煤礦，山西 晉中0 323700）

0 引 言

近年來伴隨采煤技術的發展，我國煤礦掘進深度隨之增加，地質條件變化更加復雜，給煤炭生產安全帶來諸多挑戰。其中有些煤礦開采的煤層為近距離煤層，如河南平頂山、山西大同等。煤炭開采作業中，存在擾動，近距離煤層開采時，上覆煤層開采后，煤層底板多會產生裂隙，嚴重影響下覆煤層的開采作業安全，同時頂板控制難度劇增，地質條件惡化，回采時存在頂板冒落、圍巖位移的隱患。本文以長溝煤礦近距離煤層區15112運輸巷掘進為研究對象，對地質構造薄弱環節進行重點分析，擬采用錨桿網+工字鋼架棚聯合支護方式，并根據施工現場，制定圍巖支護方案。

1 概 況

長溝煤礦位于山西省晉中市境內，井田南北長約4.10 km，東西約4.0 km。至今開采60余年，井田面積9.066 9 km2，開采標高1 350—810 m，生產規模90萬t/a。可采煤層3、8、15號煤層，層間距10～25 m，局部煤層間距在10 m以內。3號和8號為近距離煤層區，煤層厚度號分別為3.8 m和2.5 m，頂底板以粉砂巖、泥巖為主，煤層間距平均值約15 m，最小層間距5 m。3號煤層開采結束后，造成8號煤層頂板裂隙擴張、頂板破碎，回采作業困難。15112運輸巷需掘進1 190 m，參照已有地質資料數據，掘進作業存在揭露斷層、陷落柱等風險，為解決這些問題，擬采用錨網索+工字鋼的聯合支護方式。

2 圍巖支護設計

15112運輸巷圍巖破碎情況給支護帶來困難。為優化支護效果，擬使用主動、被動支護相結合的方式，即錨桿、錨索控制圍巖變形，鋼棚架提高圍巖表面強度。

15112運輸巷道斷面呈梯形，凈高2.2 m，上寬2.8 m、下寬3.6 m。淺表圍巖以錨桿及金屬網固定，巷道表面以工字鋼架棚進行加固，避免圍巖失穩，發生危險。巷道支護如圖1所示。

圖1 巷道支護斷面Fig.1 Roadway support section

巷道頂板使用螺紋鋼錨桿支護，型號規格為φ22 mm×2 200 mm，錨桿布置方式為一排4根，間距為800 mm，排距為1 000 mm。臨近巷幫的2根錨桿外插15°，居中的2根錨桿與頂板呈90°布置；采用方形托盤護表，其型號規格為120 mm×120 mm×8 mm，金屬網使用8號鋼絲編織。

巷道兩幫每幫設立2根錨桿，型號規格為φ22 mm×2 200 mm，間距和排距為1 000 mm，巷幫上下2根錨桿和頂底板控制間距約600 mm，配套的金屬網使用8號鋼絲編織。

鋼架棚以11號工字鋼為基材，棚距1 000 mm，以圓木填實頂部和巷幫，支撐巷道外表的巖體。

錨桿、錨索的預緊力是近距離煤層采空區下掘進巷道支護的關鍵參數，提高預緊力有利于提升支護質量。15122運輸巷頂錨桿預緊力≥6.4 t，扭矩≥300 N·m；兩幫錨桿預緊力≥3 t，扭矩≥100 N·m；錨索預緊力10 t左右。

3 圍巖控制效果

為檢驗設計的錨網索+工字鋼聯合支護效果，對15112運輸巷圍巖變形進行監測。監測內容主要包括兩幫及頂板形變量，測量儀器選擇JSS30A型數顯收斂計。監測方法采用十字測點法，在測點周圍兩幫、頂底板各布置觀察點，如圖2所示。

圖2 觀察點布置示意（A、B、C、D 4個點)Fig.2 The layout of observation points(A,B,C,D four points)

測量時測定AC、BD、AB、AD的距離，為提高測量精度，每個參數測量3次，取平均值作為有效數據。若測量值偏差較大時（＞0.5 mm時），則重新進行測量。形變量具體計算方法如下：

觀測人員進行數據測量，實測AC、BD、AB、AD線段的初始值，依照式（1）計算x、x'、y、y'的初始值。之后每次測得AC、BD、AB、AD線段長度值，則依照式（1）計算x、x'、y、y'的計算值，計算值與初始值的差，即表示A、B、C、D的絕對位移值。

在15122運輸巷內進行圍巖支護效果檢測，取1號、2號兩個測點進行說明。1號、2號測點分別位于掘進迎頭10 m、50 m處。以測點為中心，對其周邊圍巖進行變形量監測（頂板、底板、巷幫），所測數據如圖3所示。

由圖3可知，測試的兩點巷道四周圍巖形變細微，且規律一致。監測第1周，每日進行1次數值測量，監測7 d內圍巖形變顯著；監測第2周圍巖形變逐漸變緩；監測第3周圍巖形變逐漸平緩，呈基本穩定狀態。形變趨于穩定后，1號測點周邊頂底板、巷幫變形量分別為159.90 mm、80.31 mm；2號測點周邊頂底板、巷幫變形量分別為157.50 mm、73.79 mm。

圖3 測點圍巖變形量監測結果Fig.3 Monitoring results of surrounding rock deformation at measuring points

監測數據表明，圍巖變形量較小，穩定性好；觀察工字鋼架棚，目測無變形，外觀完好。頂板巖體無冒落情況，穩定性較好。

4 結語

長溝煤礦15122運輸巷位于3號煤層采空區下方，受上覆煤層采動影響，巖體開裂嚴重，掘進過程中存在巖層冒落、圍巖失穩等重大隱患。通過實地考察，結合過往圍巖支護經驗，實施錨桿網+工字鋼架棚聯合支護。為檢驗支護效果，對15112運輸巷圍巖變形進行監測。監測數據表明，采用聯合支護方式后，頂底板和巷幫最大變形量分別為159.90 mm、80.31 mm，圍巖變形量小，且鋼架棚外觀良好、無變形，說明設計的圍巖支護方案效果優異，滿足了長溝煤礦安全生產要求，為后期開采作業奠定了良好的基礎。