云冈煤矿近距离煤层下部煤巷掘进支护优化研究

谢志江

（大同煤矿集团掘进办公室，山西 大同 037000）

以同煤集团云冈矿近距离煤层下部掘进煤巷为研究背景，该巷道在上覆近距离采空区影响下，出现煤帮变形破碎，甚至整块脱落，顶板整体下沉、局部锚杆锚索脱落等现象，巷道整体性及稳定性均下降明显。通过现场实测、动态监测及钻孔窥视等方法，分析了5409巷掘出后呈现的围岩变形特征，提出了高强支护和滞后锚索注浆加固的措施。

1 工程概况

同煤集团云冈矿5409巷位于12#层404盘区，工作面标高940～990m，地面标高1176～1251m，北部为2411巷，西部为12-2#层404皮带巷、12#层404-2轨道巷、12#层504-2回风巷三条盘区巷，东部邻近十里河床保护煤柱，南部区域尚未开拓。本工作面上覆2#、3#、7#、8#层均存在采空区，其中上覆8#层东部为8411采空区（2017年采完）。本工作面与上覆8#层间距约10.11m，与上覆7#层间距约41.24m，与上覆3#层间距约81.22m，与上覆2#层间距约110.57m。如图1所示，12#层与上覆8#层间关系属于近距离煤层，层间岩层性质主要以粉砂岩、砂质泥岩、泥岩为主。

图1 近距离煤层示意图

5409巷为12#层404盘区8409工作面轨道巷，该巷沿12#煤层顶板掘进，设计长度1259.9m。本区域地势东高西低，巷道由西向东掘进，方位角90°，巷道设计断面规格为宽×高=3.6m×2.8m。该区域煤层厚度在1.19～3.04m之间，平均约为2.15m，煤层倾角2°～24°，平均倾角13°。

5409轨道巷采用“锚杆、索、梁”联合支护，如图2所示。具体支护参数为：选用Ф18×1800mm的左旋无纵肋螺纹钢锚杆支护顶帮，顶板锚杆间距900mm，排距1000mm，配合使用四孔钢带；煤帮锚杆间距900mm，每排3根，排距1500mm，铺设菱形金属网，规格为3700×2000mm，网与网间合理搭接，用14#铅丝扭结呈“三花状”绑扎牢固；选用Ф17.8×6000mm强力钢绞线锚索配合长度为2800mm的11#工字钢梁支护顶板，锚索间距1800mm，即每排2根，排距2000mm，预紧力不低于80kN，锚固力不低于270kN。

图2 5409巷支护断面图

2 煤巷矿压显现特征

2.1 巷道破坏特征

5409材料巷所掘12#煤层与上覆8#煤层层间距仅为10.11m，该巷掘出后，巷道矿压显现明显，围岩变形、破坏明显，巷道帮煤常见有破碎、脱落，顶板整体下沉明显，局部严重处有部分顶板锚杆发生脱落，锚索发生拉断的现象。如图3所示。

2.2 巷道破坏监测

5409材料巷围岩变形监测结果如图4所示。在监测20d内，巷道顶底板移近量和两帮收敛量均呈近线性增长趋势，在监测20d后，顶底板移近量达到159mm，两帮移近量达到177mm，且监测20d后均无下降或稳定趋势，预计将仍分别以7.95m/d、8.85m/d的速率持续增长较长时间。

图4 巷道围岩变形监测曲线图

2.3 巷道破坏原因

（1）上覆采空区影响。这是下部煤巷破坏的最主要因素，上覆8#煤层采空区直接导致5409回采巷道顶板完整性及稳定性大幅降低，当5409煤巷掘进时必然受到上方垮落体由于其承载能力不足而带来的危害。

（2）支护强度的影响。5409巷尽管采用了锚网索联合支护的方式，但巷道由于其所处的位置特殊及地质条件特殊，需采用更高强度的支护方式，而据巷道现有支护条件来看，锚杆索支护密度及金属网支护范围均较小。

（3）本煤层采动影响。5409巷作为未来回采工作面的回采巷道，当回采工作面推进时，该巷道将必然受到较大的采动影响。

3 煤巷围岩控制技术

3.1 正常掘进支护优化

（1）顶板锚杆优化。采用高强Ф22×2200mm螺纹锚杆配五孔钢带，每排布置5根，间排距800mm×1000mm，即以巷道中心线布置1根，其余4根分别沿中心锚杆对称布置，靠帮侧锚杆向外倾斜15°布置，其余锚杆均垂直顶板布置。

（2）顶板锚索优化。采用“五花”布置，即“3-2-3”的方式布置顶板锚索，单排2根时间距900mm×2000mm，3根时间距1000mm×2000mm。

（3）金属网优化。采用顶帮全范围铺设金属网的方式协同支护，帮与顶板处金属网搭接长度大于300mm。

3.2 遇构造掘进支护优化

如遇到断层等构造时，巷道围岩将变得更加破碎，巷道整体稳定性将受到直接影响。对此，在正常掘进支护条件的基础上，对巷道破碎围岩，尤其是顶板，采用滞后注浆加固的手段来提升围岩强度及稳定性，滞后距离保证在距掘进面30m范围内。注浆锚索装置如图5所示。

图5 注浆锚索装置示意图

4 控制效果分析

5409巷道试验段采用以上支护优化措施后，为验证优化控制效果，在试验段巷道设立监测站，以分析巷道围岩变形情况、支护体受力情况及围岩裂隙发育情况等特征。选取代表性数据分析曲线如图6所示。

图6 试验段巷道围岩变形监测曲线图

由监测结果得知，试验段巷道顶底板相对位移量及两帮相对收敛量均在监测前期30d内呈上升趋势，在30d左右时均可达到稳定。其中，顶底板相对位移量在30d后基本稳定在50mm以内，两帮收敛量在30d后基本稳定在70mm以内，其最终变形量数值均较小，巷道保持稳定。与监测20d时的围岩变形量对比，巷道顶底板移近量较原先（159mm）降低了68.6%，两帮收敛量较原先（177mm）降低了60.5%，巷道围岩控制效果明显改善。

选取5409巷顶板破碎处进行注浆加固控制，对破碎带顶板进行打孔窥视观测，以评价浆液扩散效果和注浆控制效果，部分钻孔窥视图像如图7所示。可见，0～2m以内顶板完整性较好，有轻微破碎或小缝裂隙；2.5m处，顶板有多条横向和纵向裂隙，但经顶板注浆加固后，此处裂隙均得到有效抑制，浆液的扩散性较好，限制了裂隙的深度发育；3.5m以上，顶板破坏程度较小，完整性较高，浆液扩散效果明显。同时，据浆液的扩散效果分析得知，在距锚索索体中心600m平面范围内，均可见扩散浆液，这再次说明注浆效果良好，浆液对围岩的控制效果较佳。

图7 注浆效果钻孔窥视图

5 结论

（1）导致5409巷围岩破坏因素主要为上覆8#层采空区影响、支护强度不足、回采采动影响；

（2）针对5409巷变形破坏特征，实施了高强支护和注浆加固措施，加大了锚杆、锚索布置密度，并在巷道遇构造特殊破碎时采取了锚索滞后注浆的加固方式；

（3）经现场动态监测，优化支护后，巷道于掘出30d后顶底板及两帮基本可保持稳定，其中，顶底板相对收敛量基本稳定在50mm内，两帮相对收敛量基本稳定在70mm内，变形数值均较小。