近距离煤层回采工作面过采空区支护技术研究

2019-03-10梁力

山西冶金 2019年6期

梁力

（山西辰诚建设工程有限公司，山西阳泉 045000）

近距离煤层开采过程中，一般采用下行式开采方法，为提高回采率，以及满足回采工艺的要求，下伏煤层的回采工作面需要过上覆采空区，上覆采空区内围岩体完整性差，支承强度低，对下伏煤层回采工作面的矿压显现规律有着十分重要的影响[1-3]，因此研究近距离煤层过采空的回采工作面上覆岩体移动规律，以及支护方法具有十分重要的意义[4-5]。本文探讨了近距离煤层采空区下回采工作面的覆岩移动规律，指出重复采动下垂直向岩体的影响范围受围岩体性质、回采工艺以及承载层的影响，且承载层对该范围大小起决定性作用，并结合某矿30515 工作面地质条件，提出了回采工作面顺槽采用锚杆加锚索的联合支护方式，结果表明，对近距离煤层采空区下回采巷道，采用锚杆加锚索的支护方法可有效解决工作面巷道围岩矿压问题。

1 上覆岩层移动规律

近距离煤层下伏煤层回采工作面进行采动时，一般上覆围岩体已经经历过一次采动影响，此时，随着下伏工作面采动的进行，上覆岩体将受重复采动的影响，发生应力再分布以及围岩体变形位移。学者们研究表明，重复采动影响区在水平向及垂直向均有发生。本文主要研究回采工作面上覆围岩体的移动规律，图1 为垂直向重复采动影响区示意图。该影响区的范围与煤层之间的围岩体性质、回采工艺参数、上覆岩体的强度及完整性等有极大的关联。一般来说，近距离煤层开采时，受采动影响，两层煤体之间部分围岩发生断裂，完整性差，丧失了承载力，但仍存在一部分围岩体只受到了轻微的影响，具有较高的承载力，将这部分围岩体称为承载层。近距离煤层上覆采空区的回采工作面矿压分布，主要受承载层的影响，若承载层强度高，完整性好，且采用的支护技术得当，则矿压显现不明显，工作面顶板安全稳定，重复采动的垂直影响区范围较小；若承载层强度不足以支承重复采动后的围岩体应力，或采用的支护技术不得当，则承载层将发生断裂破坏，下伏煤层工作面剧烈来压，重复采动垂直影响区的范围也大大的增加，甚至可以达到地表，造成地面沉降。因此，在近距离煤层群采空区下进行回采工作时，应特别注意承载层的应力状态，保证承载层的安全。

图1 垂直向重复采动影响区

2 工程概况

30515 工作面内为3～5 号煤层实体煤，无采空区及采空积水区；工作面上覆跨本矿2 号煤层10201 工作面和10215 工作面采空区，两采空区间的保护煤柱30 m。该煤柱整体位于30515 回风顺槽东侧27.5～57.5 m 处对应上覆。上覆2 号层采空区与30515 工作面层间距平均为4.41～4.85 m，平均4.64 m。

30515 工作面东部为实煤区，南部有3～5 号煤层1045 辅运、胶带、回风三条大巷以及南郊区塔山煤矿老空巷交错而过，30515 工作面煤层顶底板情况如表1 所示。

表1 煤层顶底板情况表

3 支护设计

针对30515 工作面的实际情况，为充分控制回采巷道围岩变形，发挥支护结构的承载作用，并将破碎围岩体锚固在深部较完整的危岩体中，研究决定，采用锚杆加锚索的联合支护方法，支护参数的选区如下文所述。

3.1 锚杆参数设计

1）锚杆长度计算。

式中：L为锚杆总长；L1为锚杆进入稳定岩体长度；L2为外露锚杆长度；K为安全系数；H为冒落拱高度。

2）锚杆株距计算。

式中：A为锚杆之间的间距；Q为锚固力；r为悬吊围岩体容重。

30515 回采巷道，顶部锚杆采用半径为11 mm，长度为2.4 m 的左旋无纵筋高强螺纹钢锚杆，锚杆间排距1 000 mm×1 000 mm；两帮锚杆选用半径为10 mm 的锚杆，长度与顶部锚杆相同，间排距取1 000 mm×1 000 mm。

3.2 锚索参数设计

为了加强锚固体的强度，30515 掘进工作面采用有预应力的锚索来加强支护。

1）用悬吊理论计算锚索长度。

式中：L为锚索长度；L1为外露锚索长度；L2为悬吊不稳定围岩体厚度；L3为锚索锚固在稳定岩层中的长度。

2）锚索株距计算。

式中：A为锚索间距；Q为锚索锚固力，取17 t。

根据以上计算，选用半径11 mm 的锚索，长度选8.3 m，锚索间排距为1 200 mm×2 000 mm。

4 围岩位移观测

选用ZP-25 型围岩位移测定仪(离层仪)，浅基点量程0～150 mm、深基点量程0～250 mm，所有仪器必须安设在巷道中心线或交岔点的中心位置，巷道顶板完好时安装距离为100 m，顶板破碎或过地质构造期间离层仪的间隔距离小于100 m，观测结果如图2 所示。

图2 巷道围岩位移量

由图2 可知，经过设计的支护方式，巷道围岩位移量顶板处最大，约发生在距离工作面200 m处，位移量大小为70 mm，两帮位移量整体变化趋势与顶板位移量相同，但其峰值小于顶板位移量，约为55 mm，围岩离层量最大值约15 mm，离层量较小。经过数据分析可知，采用锚杆加锚索的支护技术可有效控制近距离煤层采空区下回采工作面的围岩变形。