南岭煤业近距离煤层采动影响下大巷加固技术研究

杨国平

(阳煤集团 南岭煤业公司，山西 阳泉 045000)

1 工程概况

阳煤集团南岭煤业公司目前主要进行2号煤层的采掘工作，2号煤层厚度一般在2.0～2.26 m，平均厚度2.13 m，煤层变异系数为6.7%，可采指数为1，煤层倾角4～17°，平均5°。南岭煤业已进行下位4号煤层的开拓作业，4号煤层与2号煤层层间距25～40 m，属于近距离煤层，4号煤层厚度4.3～6.4 m，平均厚度为5.5 m，平均倾角为2°，为近水平煤层。2号煤层的2214综采工作面处于一水平二采区，工作面标高为+902～+982 m，可采走向长度为865.9 m，倾向长为130 m，2214工作面回采巷道掘进过程中共揭露五条断层，如表1所示。2214工作面西部为2号煤采区进、回风巷，北部为2212采空区，东部为矿界。2214工作面下部为4号煤层正在掘进的三条大巷，2214工作面与3条大巷的位置关系如图1所示。2214工作面回采初期，其下部对应区段的大巷围岩发生明显的失稳破坏现象，严重影响三条大巷的正常使用，故需采取合理的措施对三条大巷进行加固。

图1 工作面与三条大巷位置关系

构造名称走向倾向倾角/(°)性质落差/mF19S20°WSE45正断层2.4F21S36°ENE60正断层1.9F24S27°WNW30正断层8.5F26N27°WSW55正断层4.9F29N9°WNE50正断层9.7

2 大巷支护现状及存在的问题

2.1 原有支护方案

南岭煤业4号煤层三条大巷断面均为矩形，辅运大巷和主运大巷断面尺寸为：宽×高=5.2 m×3.7 m，并且支护方式相同，回风大巷断面尺寸为：宽×高=5.0 m ×3.5 m，本文以回风大巷为对象，对其进行分析。顶板锚杆采用D22 mm×2 400 mm的螺纹钢锚杆，间排距为900 mm×1 000 mm，每排布置6根均垂直顶板施工；两帮锚杆为D18 mm×1 700 mm的圆钢锚杆，间排距为1 000 mm×1 000 mm，均垂直煤壁安装，靠近底板的一排锚杆距离底板1 100 mm；顶板锚索采用D17.8 mm×5 000 mm的预应力钢绞线，布置在巷道中心线处，锚索排距为2 000 mm；顶板和两帮锚杆锚固剂采用K2335树脂药卷一支；顶网采用由直径为6.5 mm铁丝制成的网孔为150 mm×150 mm的菱形网，网片规格为5 200 mm×1 100 mm；巷道表面喷射厚度100 mm的混凝土。支护断面如图2所示。

图2 回风大巷原有支护方案(mm)

2.2 支护存在问题及控制措施

1) 忽略了层间距的影响。南岭煤业2号煤层和4号煤层的层间距波动较大，变化范围为25～40 m，当回采工作面与下部三条回采大巷的距离较大时，工作面回采对于大巷围岩变形影响较小，但是由于本次回采的2214工作面与4号煤层的层间距较小，且并未提高三条大巷的支护强度，因此在2214工作面开始回采即导致大巷内出现顶板急剧下沉、锚杆杆体被拉断等剧烈的矿压显现[1]。

2) 忽略了断层等地质构造的影响。根据以往的研究成果表明，断层、陷落柱等地质构造会提高围岩内裂隙的发育程度，降低煤岩体的整体性，在巷道支护过程中引起更大的困难[2-3]。三条大巷掘进时在断层区域围岩破碎更为严重，巷道围岩的位移量更大，但是并没有采取合理的加强支护措施，在上层煤层工作面采动影响下，锚杆在松散煤岩体中锚固力减弱，采动影响下断层活化引起巷道冒顶破坏。

3 大巷加固技术研究与应用

3.1 加固措施

南岭煤业2号煤层与4号煤层层间距起伏较大，层间距的变化对于在上层工作面采动影响下三条大巷的稳定与否起着非常关键的作用，并且当工作面存在断层时，上部煤层开采对大巷的扰动会更加剧烈，在不同地质条件下的巷道围岩控制难易程度不同，因此可根据三条大巷的地质状况区分其加固措施[4]。根据断层和层间距的不同划分为三种类型：①采动影响剧烈区：巷道处于断层影响带内，并且层间距小于30 m，2214工作面对应的①区为图3中的A、B、C段；②采动影响较大区：层间距小于30 m，2214工作面下方无断层的区域；③采动影响较小区：层间距大于30 m，并且没有断层、陷落柱等地质构造影响。

图3 采动影响程度分区

3.2 采动影响剧烈段大巷围岩控制技术

设计采用“注浆锚杆+让压锚杆+鸟巢锚索”组合式动态加固技术对2214工作面下方对应的采动影响剧烈段进行加固。顶板补强锚杆采用直径为22 mm，长度为2 400 mm的让压锚杆，间距为900 mm，排距为2 000 mm，锚固剂为Z2350树脂药卷一支，锚固力大于60 kN，每排6根，靠近两帮的锚杆向外侧倾斜15°安装。顶板补强锚索采用直径为17.8 mm，长度为7 300 mm的鸟巢锚索，间排距为1 800 mm×2 000 mm，垂直顶板安装。两帮补强锚杆与原支护方案所用锚杆相同，补强锚杆间排距为2 000 mm×2 000 mm，补强锚杆距离顶板400 mm，每排2根，靠近顶板的安装仰角为15°。两帮的注浆锚杆直径为22 mm，长度为2 000 mm，间排距为1 800 mm×2 000 mm，靠近底板的注浆锚杆俯角为45°；顶板注浆锚杆间排距为1 800 mm×2 000 mm，每排3根，沿巷道中心线对称布置，距离巷帮700 mm。注浆材料选用425号普通硅酸盐水泥，水灰比为3∶4，注浆压力2 MPa。补强支护后在回风大巷围岩表面喷射厚度150 mm的C15混凝土，混凝土配合比水泥:黄沙:瓜子片=l∶2∶2。由于加上原有支护后的顶板支护系统太过复杂，仅给出补强支护方案的布置，回风大巷采动剧烈影响段补强支护如图4所示。

3.3 采动影响较大区段补强加固

回风大巷在没有断层影响的区段，围岩表面出现明显变形，在2214工作面前方40 m进行补强支护，加固方式为锚网喷支护，顶板补强支护锚杆规格与原支护方案相同，补强锚杆间排距为900 mm×2 000 mm，靠近两帮的锚杆向外侧倾斜15°安装，补强锚索间排距为1 800 mm×2 000 mm，垂直顶板安装，顶板锚杆之间通过由直径为12 mm的钢筋加工成的钢带联结。金属网采用钢筋网，网片规格为3 000 mm×1 300 mm。在两帮原有锚杆对应位置的下方，打设一根规格为D18 mm×1 700 mm的锚杆，锚杆每孔使用1支K2335药卷，锚杆安装俯角为45°，排距为1 000 mm。补强支护后喷射厚度为150 mm的C15混凝土，喷射顺序先帮后顶，自下而上进行。支护示意如图5所示。

图4 采动影响剧烈段回风大巷补强支护方案(mm)

图5 回风大巷采动影响较大断补强支护断面(mm)

4 应用效果

为考察4号煤回风大巷补强支护的效果，2214工作面回采期间，在下部的回风大巷内布置围岩位移观测点，测点间距为50 m，监测结果如图6所示。由图6可以看出，2214工作面切眼附近的断层密集区回风大巷的围岩位移最为明显，顶板下沉量最大约为34.5 mm，其余位置在采动影响下，顶板下沉量最大值约为16.0 mm，由此可知，2214工作面采动影响下回风大巷围岩稳定性良好，所采取的补强支护措施合理。

图6 现场矿压监测结果

5 结 语

南岭煤业2214工作面回采期间，引起其下部对应位置的4号煤层三条大巷出现明显的失稳破坏现象，以回风大巷为例，通过采用让压锚杆和注浆锚杆对采动剧烈影响段进行加固，采用锚网喷对采动影响较大段进行加固，结果表明，在2214工作面采动影响下回风大巷顶板最大下沉量为34.5 mm，围岩稳定性良好，所采取的补强支护措施合理。