云冈矿近距离煤层回采巷道支护技术研究

2020-04-18闫志青

煤 2020年4期

闫志青

(大同煤矿集团云冈煤矿，山西大同 037017)

近距离煤层在我国各大矿区广泛分布，尤其随着开采规模的不断扩大，上层煤已逐渐开采完毕，下层煤已经开始回采，由于两煤层之间距离较小，上煤层回采过程中已经提前对底板进行了破坏，上煤层遗留煤柱应力向底板深处传递，对下煤层回采及巷道围岩稳定性带来极大的影响[1-3]。本文以云冈矿近距离煤层51116巷道支护为背景，通过分析下煤层顶板破坏特征，针对层间距制定了不同的支护方案。

1 工程概况

云冈矿81116工作面位于该矿311盘区，主采11-2号煤层，工作面宽度120 m，推进长度1 258 m，平均煤厚3.4 m，倾角2～6°。工作面直接顶为细粉砂岩互层，平均厚度2.6 m，老顶为中砂岩，平均厚度31.7 m，直接底为细粉砂岩互层，平均厚度3.5 m。81116工作面上覆为11-1号煤，煤层厚2.8 m，采用综合机械化采煤工艺进行回采，目前已经回采完毕，两煤层层间距为1.8～6 m，属于典型的近距离煤层。受到上覆11-1号煤层遗留煤柱应力影响，81116工作面的51116回风巷围岩变形严重。51116巷道相对位置关系如图1所示。

图1 51116巷相对位置关系示意

2 近距离上煤层开采影响分析

在近距离上煤层开采过程中，势必对底板造成一定的破坏，特别是在两煤层层间距很小的情况下，上煤层开采造成的破坏会穿过层间岩层传递到下煤层当中，在下煤层未开采之前就受到了一定程度的影响[4-5]。根据滑移线场理论，可得到煤层底板岩体最大破坏深度hσ：

(1)

将上述数据代入公式(1)，得出上煤层回采后底板岩体最大破坏深度为4.07 m。

3 巷道支护设计

根据近距离煤层下煤层顶板破坏深度特征，51116巷道围岩稳定性控制要根据不同层间距采取不用的支护方式。当层间距较大时，上煤层回采后重新分布后的应力对于下煤层影响较小，对底板破坏深度也不能延伸到下部煤层；当层间距较小时，上煤层回采后重新分布后的应力对下煤层影响大，在煤层未回采前就发生扰动破坏，下煤层巷道顶板裂隙势必发育，破损程度高。

鉴于该矿11-1号和11-2号煤层层间距为1.8～6 m，对于51116巷道应采用分段支护设计来保证巷道围岩稳定性，在层间距小于4 m和大于4 m时，分别采用不同的支护方式。

3.1 层间距小于4 m时支护设计

当层间距小于4 m时，由于受到上煤层回采的影响， 51116巷道顶板提前遭受损伤破坏，因此决定采用“锚杆+锚索+工字钢棚”联合支护方案。支护设计如图2所示。巷道尺寸为3.6 m×2.6 m，采用11号工字钢棚，两端用锚杆起吊，单体液压支柱辅助支撑，工字钢棚长3 400 mm；顶板采用高强度螺纹钢锚杆，锚杆长度2 200 mm，直径18 mm，锚杆间排距为800 mm，边锚杆距巷帮200 mm，并要求向巷帮侧倾斜30°；锚索距两巷帮1 400 mm处设置，长度6 200 mm，直径17.8 mm，间排距800 mm。在顶板破碎或巷道压力较大时，铺设菱形金属网。

3.2 层间距大于4 m时支护设计

当层间距大于4 m时，由于受到上煤层回采的影响较小，顶板的完整性较好，因此决定采用“锚杆+锚索”联合支护方案。支护设计如图3所示。顶板采用高强度螺纹钢锚杆，锚杆长度2 200 mm，直径18 mm，锚杆间排距1 000 mm，边锚杆距巷帮300 mm，并要求向巷帮侧倾斜30°；巷道中心位置打设1排锚索，长度6 200 mm，直径17.8 mm，间距1 000 mm。

图2 层间距小于4 m时支护设计(mm)

图3 层间距大于4 m时支护设计(mm)

4 工业试验

为验证支护方案的科学性，在51116巷进行了工业性试验，并对围岩移近量及锚杆、锚索受力等进行了监测。在巷道掘进过程中，采用十字布点法对巷道围岩移近量进行监测，图4为巷道围岩移近量在工作面掘进过程中的变化趋势。由图4可知，51116巷围岩移近量随工作面掘进逐渐增加，当工作面掘进70 m后趋于稳定。最终巷道顶底板移近量稳定在83 mm，两帮移近量稳定在94 mm。巷道围岩移近量变形相对较小，证明该支护方案能有效控制巷道围岩变形。

现场采用锚杆应力计对巷道支护锚杆、锚索受力情况进行了监测，监测周期为40 d，进一步分析巷道整体受力情况。监测结果如图5所示。由图5可知，在51116巷道掘进期间，锚杆、锚索受力较为稳定。巷道掘进前10 d，锚杆、锚索受力出现了小幅度上升，之后趋于稳定，最终锚杆轴力稳定在34 kN，锚索轴力稳定在57 kN，且锚索受力整体要大于锚杆的受力，充分说明锚索是主要受力体，对保证巷道围岩稳定性起到了关键作用。