复杂条件下近距离下位煤层巷道支护参数分析

闫永红

（山西宏盛安泰煤业有限公司，山西 吕梁 033399）

煤矿构造复杂区域，采动应力分布复杂，动压显现明显[1-2]。特别是在上层煤回采完毕，进行近距离下层煤层开采时[3-4]，下位煤层回采巷道受构造及采动压影响，巷道矿压显现明显，围岩变形量较大[5-7]。

山西宏盛安泰煤业有限公司开采4、5、8、9号煤层，目前主采8、9 号煤层。由于安泰煤矿煤田相对较小，根据矿井接续需要，进行8#、9#煤层配采。8、9 号煤层距离近，且交替错开开采，回采巷道易受相邻工作面回采动压影响，巷道受二次、三次采场扰动，部分回采巷道表现出明显收敛、底鼓，巷道支护需要加强与优化。针对上述问题，结合支护设计和施工情况，以及当前煤层巷道锚杆（索）支护中存在的主要问题，根据巷道围岩赋存条件，对9#煤层9203工作面回采巷道进行支护优化。

1 煤层及巷道概况

矿井主采煤层为8#、9#煤。8#煤层位于太原组中下部，顶板为石灰岩，底板为泥岩、砂质泥岩，煤层厚度1.92～2.80m，平均2.41m，属稳定的全区可采煤层。8#煤底板掘进，8#煤抗压强度在17.36～23.12MPa，平均20.562MPa，普氏坚固系数f ≥2，属中硬，强度较高，煤体较发育，但完整致密。

9203 工作面属于9#煤层，位于太原组下部，上距8#煤层平均17.05m，其顶板为泥岩，底板为泥岩、砂质泥岩，煤层厚度平均2.91m。9#煤底板掘进，9#煤抗压强度在13.06～16.08MPa，平均14.33MPa，普氏坚固系数f＜2，煤体发育，强度低，顶板泥岩抗压强度42.27～57.30MPa，平均51.69MPa，离散性大，抗拉强度平均2.47MPa，平均弹模16.26GPa，顶板弹模和抗拉强度均小。

2 回采巷道支护中存在的问题

针对矿井当前煤层巷道变形较大的现状，结合现场采矿地质条件，巷道锚杆（索）支护中存在的主要问题如下所述：

（1）对区域地应力或工程环境缺乏深刻了解；

（2）对于锚杆与围岩的相互作用缺乏深刻认识，重视顶板轻视两帮支护，煤帮支护不够，煤层巷道支护未形成整体；

（3）锚杆的可能失效。锚杆孔口围岩处于单向或双向应力状态，而煤体的单轴抗压强度较小，较大的锚杆载荷容易使孔口附近局部煤体破坏、破碎，使锚杆靠近巷道围岩表面一侧锚固失效而导致整根锚杆失效。

3 锚杆支护强度及锚固体厚度确定

采用数值计算方法，通过改变锚杆支护参数，得到煤层巷道变形与锚杆支护强度及锚固体厚度的关系，如图1 所示。

图1 巷道变形与锚杆支护强度的关系

1#、3#曲线为两帮变形量， 2#、4#曲线为顶底板变形量。1#、2#曲线两帮锚固体厚度1.0m，顶板锚固体厚度1.4m，3#、4#曲线两帮锚固体厚度1.8m，顶板锚固体厚度1.8m。当锚固体厚度较小，锚杆支护强度提高0.45MPa，巷道变形很难有效控制。而增加锚固体厚度，巷道变形量显著减小，两帮更加明显。就国内目前锚杆支护状况，在实践中继续增大支护强度较困难。因此，对于煤层巷道来说，需要适当增加锚固体厚度。

4 锚杆力学性能试验

对矿井日常使用锚杆进行拉拔试验，试验在中国矿业大学深部岩土与地下工程国家重点实验室进行，试验情况见图2、表1 所示。

锚杆试验表明，安泰目前使用的锚杆强度不能满足当前矿区复杂、高应力条件下巷道围岩控制需要，对于煤层巷道整体支护结构的形成不利，需使用强度更高的锚杆材料。

图2 锚杆拉拔试验

表1 锚杆力学指标比较

5 9203 工作面运输巷道支护参数

针对安泰煤矿具体地质生产条件及复杂、高应力情况，为了充分发挥高强螺纹钢锚杆支护中主动支护的作用，并考虑到9#煤变形机理的特殊性，提出以下设计原则：

（1）一次支护原则；

（2）高预应力和预应力扩散原则；

（3）“三高一低”原则；

（4）临界支护强度与刚度原则；

（5）相互匹配原则；

（6）可操作性原则；

（7）安全经济原则。

根据试验结果及设计原则，提出以下巷道支护参数：

锚杆：Ф22mm 螺纹钢锚杆，直径为22mm，钻孔直径为28mm，锚杆长度为2200mm，锚杆排距900mm，顶板锚杆间距800mm，帮部锚杆间距850mm。锚固剂采用树脂药卷，中速树脂药卷加长锚固，锚固剂采用1 根CK2335，一根Z2360，锚固长度1.6m。

锚 索： 直 径 为17.8mm， 顶 部 锚 索 长 度7250mm，帮部锚索长度3000mm，排距2700mm。顶部锚索每排3 根，中间锚索在巷道中线打入，左右两根锚索距中间锚索1600mm 施工。帮部锚索每排1 根，在距巷道底板1400mm 处打入，钻孔直径为28mm。顶部根锚索采用1 根CK2335 和2 根Z2360 树脂药卷锚固，锚固长度2.04m，帮部每根锚索采用1 根CK2335 和1 根Z2360 树脂药卷锚固，锚固长度1.4m。支护断面示意图如图3 所示。

图3 回采巷道支护断面示意图

6 结语

由于安泰煤矿煤田相对较小，8、9 号煤层距离近，且交替错开开采，煤田应力复杂，回采巷道易受相邻工作面回采动压影响，巷道或受二次、三次采场扰动，部分回采巷道表现出明显收敛、底鼓，在复杂应力、高应力形成情况下，巷道支护需要加强与优化。