近距离煤层采空区下巷道掘进的支护方法研究

2018-12-05崔子健

山东煤炭科技 2018年6期

崔子健

（山西省大同市同煤集团云岗矿，山西大同 037017）

云冈矿是一个开采多年的矿井，现在的可采区域大部分在已采区域下，采空区下煤柱应力集中和巷道顶板稳定性差是当前急需解决的问题。12-2#层410盘区21003巷就是在采空区下近距离煤层下施工的机轨合一巷道，此巷道要穿过上覆层采空区。

1 概况

12-2#层21003巷为410盘区12-2#层81003综采工作面机轨合一巷，布置在12-2#煤层中，工作面标高996～1016m，沿12-2#层煤层顶板掘进；设计长度557.34m，巷道在掘进至360～548m之间时上覆层为采空区，方位角175°10′。工作面北部为 12-2#层 410-4皮、12-2#层 410-4轨、12-2#层510-4回三条盘区巷道，东面、南面都未开采，西面为81005工作面，巷道的周围情况都已经探明。12-2#煤层厚为3.10～4.50m，平均煤厚3.8m，煤层中含有两层夹石，夹石厚度为0.1～0.2m之间，平均0.15m，平均倾角4°。

该工作面南部的上覆层12#层为该矿81037（2015年采完）工作面局部采空区及51037巷道；上覆8#层为该矿8805（2013年采完）、8807（2015年采完）局部采空区；上覆3#层为实体煤；上覆2#层为实体煤；本区域12-2#层与上覆2#层层间距平距152m，与上覆3#层层间距平均124m，与上覆8#层层间距平均66m，与上覆12#层层间距在3.0～10.0m之间，平均5.5m。

2 施工面临的支护问题

2.1 巷道位置的确定

下层回采巷道布置时，应尽量采取内错布置，布置在采空区下，以减小上覆层煤柱集中应力的影响[1]。根据巷道掘进的情况，巷道距离采空区煤柱距离的多少，所受的压力大小也有所不同。上覆层煤柱对巷道的顶板应力分布影响很大，在煤柱的正下方，应力集中程度最高，而当距离煤柱边缘越来越远时应力会相应的减小直至为零[2]，所以应根据煤柱的位置和巷道的地质条件来合理的布置巷道位置。根据以往的经验，在距离煤柱10m的距离时为布置巷道的合理位置[3]。

2.2 巷道支护方案的确定

巷道在掘进的过程中所遇见的地质条件比较复杂，巷道在360～548m时为上覆12#层的工作面采空区。应确立不同的支护方案，达到有效的支护质量，确保人员的安全。

（1）在巷道未进入采空区时，顶板压力较小，巷道顶板较为完整，巷道采用锚杆、锚索和锚索梁[4]联合支护；

（2）在巷道掘进至距离上覆煤柱10m至巷道出采空区煤柱10m期间，巷道顶板出现应力集中现象，常规设计的巷道支护不能满足巷道顶板所受的压力，应加强巷道支护，采用锚杆、锚索、锚索梁和架棚联合支护；

（3）在巷道进入采空区层间距较薄处，普通的锚索和锚索梁联合支护方法无法应用，为达到主动支护的目的，充分发挥围岩的自承能力，采用锚杆和架棚支护工艺来控制顶板。

3 支护设计

（1）巷道0～350m上覆为12#层未采区域，层间距7m，巷道支护采用无纵肋螺纹钢锚杆和锚索联合支护方式支护顶板，打设五眼钢带，钢带长度为4100mm，即每排支5根锚杆，排距1000mm，间距900mm，沿巷道中心线对称布置；锚索每排3根，排距3000mm，锚索沿巷道中心布置，锚索采用长度为6000mm的强力钢绞线，两侧锚索按斜拉锚索施工，斜拉锚索角度不小于65°，锚索打设三眼钢梁，钢梁采用矿用11#工字钢，长度3900mm，眼距1500mm。

（2）巷道350～360m和548～557m，巷道层间距4.5m，上覆层煤厚为2.5m。根据上覆煤柱应力分布情况对巷道的影响，使用无纵肋螺纹钢锚杆和锚索梁、工字钢双梁、双腿钢棚、压金属片网联合支护方式支护顶板。需加长锚索长度，保证其锚固段在上覆层顶板的坚硬岩石中。打设五眼钢带，钢带长度为4100mm，即每排支5根锚杆，排距1000mm，间距900mm，沿巷道中心线布置，锚索梁3900mm，排距2000mm，间距1600mm，锚索8500mm。工字钢双梁、双腿钢棚整体呈梯形布置，棚距0.5m。

（3）巷道在360～370m和538～548m时，巷道进入采空区，此区域间距5m，支护采用无纵肋螺纹钢锚杆和工字钢双梁、双腿钢棚、压金属片网联合支护方式支护顶板。打设四眼钢带，钢带长度为3200mm，即每排支4根锚杆，排距1000mm，间距900mm，沿巷道中心线布置。工字钢双梁、双腿钢棚整体呈梯形布置，棚距0.5m。

（4）巷道在370～538m时，巷道进入采空区内，层间距在2～5m之间，由于上覆采空区煤柱对巷道顶板的压力减小，使用无纵肋螺纹钢锚杆和工字钢双梁、双腿钢棚、压金属片网联合支护方式支护顶板。现支护方式为打设四眼钢带，钢带长度为3200mm，即每排支4根锚杆，排距1000mm，间距900mm，沿巷道中心线布置。工字钢双梁、双腿钢棚整体呈梯形布置，棚距1m（如图1）。