采空区下迎采掘回采巷道支护技术研究

2022-11-05王涛

山东煤炭科技 2022年10期

王涛

（山西煤炭运销集团金达煤业有限公司，山西孝义 032300）

1 工程概况

金达煤业10402 工作面开采10 号和11 号煤层，煤层平均厚6.14 m，平均倾角4°；直接顶为泥岩和砂质泥岩，基本顶为K2 石灰岩；直接底为泥岩。10402 工作面倾斜长160～174 m，走向长度1266 m，盖山厚度为318～372 m；采用综放开采，采高2.4 m，放煤高度3.74 m；工作面回采区域10号煤层与上部9 号煤层采空区间距为6.9～12 m；9、10 号煤层工作面布置方向互相垂直，如图1。10402 工作面回采区域最大水平主应力9.47 MPa，方向N30.4°W，垂直应力5.53 MPa。

图1 工作面布置图

10402 工作面回风顺槽采用“迎采掘巷[1-3]”的方式沿煤层底板掘进，巷宽4.2 m，巷高2.8 m；在10401 工作面前方留设20 m 保护煤柱，与10401 工作面交锋围岩稳定后，留设煤柱变窄，逐步过渡到6 m 窄煤柱。由于四采区以水平应力为主，且工作面上方有采空区存在，需加强对巷道顶底板的控制[4-5]。

2 支护效果模拟分析

2.1 模拟方案

根据10402 工作面周边开采情况，针对10402回风顺槽位于9 号煤采空区下方和位于9 号煤煤柱下方进行模拟，分析不同条件下工作面前方80 m至后方120 m 的巷道围岩应力分布情况和变形破坏情况。支护方案见表1。

表1 支护参数数值模拟方案表

2.2 10401 工作面回采过程分析

（1）采空区下方

测点位于工作面前方时，巷道围岩塑性区范围随着工作面推进逐渐增大，测点位于工作面后方时则呈现相反规律。工作面前方80～0 m 范围内巷道两帮和顶板破坏深度最大均约为1 m；工作面后方20～40 m，巷道两帮及顶板破坏深度均为1 m；后方60～100 m 范围，巷道靠近煤柱帮围岩破坏深度增大，最大为1.5 m。顺槽围岩垂直应力分布规律与巷道围岩塑性区分布规律相同，工作面前方40 m 以外巷道围岩垂直应力分布趋于稳定；40 m 以内，巷道围岩应力逐渐增大；20 m 以内，巷道围岩应力明显增大。工作面后方顺槽围岩垂直应力主要集中于煤柱靠近采空区侧，最大应力达到28.5 MPa，应力集中系数为2.8。

（2）煤柱下方

测点位于工作面前方时，巷道围岩塑性区范围随着测点与工作面距离的减小而逐渐增大，测点位于工作面后方时则呈现相反规律。在工作面前方80～20 m 范围内，巷道两帮及顶板破坏深度约为1 m，底板破坏深度约为0.5 m；随着工作面的推进，在工作面前方0～20 m 范围内，顶板及两帮破坏范围有所增大，但其破坏深度未发生变化，底板破坏深度增大为1 m；随着工作面推进，工作面后方煤柱下巷道两帮破坏范围进一步增大，约为1.5 m；顶底板破坏范围无明显变化。顺槽巷道围岩垂直应力与采空区下方呈现同样的变化趋势，最大应力约为30.8 MPa，应力集中系数为3.2。

2.3 10402 工作面回采过程分析

（1）采空区下方

10402 工作面回采过程中，在工作面前方80～40 m 时，围岩破坏情况基本不变，巷道左帮破坏深度约为2 m，右帮破坏深度约为1.5 m，顶板破坏深度约为2 m，底板破坏深度最大为1 m；进入20 m 以里时，工作帮破坏深度进一步增加，约为2.0 m，顶底板破坏深度保持不变。顺槽巷道垂直应力在距工作面前方大于60 m 时，几乎无变化；进入60 m以里时，随着工作面推进，顶板应力集中系数越来越大，且不断向煤体深部扩散；在0～10 m 范围内，应力峰值可达31.8 MPa，应力集中系数3.26。

（2）煤柱下方

在工作面前方80～40 m 处时，顺槽围岩破坏情况基本不发生变化，巷帮破坏深度约为1.5 m，顶底板破坏深度约为1 m；进入40 m 以里时，随着距离工作面距离减小，工作帮破坏深度进一步增加，约为2.0 m，顶板破坏深度保持不变。垂直应力分布规律与采空区下方一致，应力峰值达到33.5 MPa，应力集中系数为3.4。

2.4 结果分析

数值模拟分析可知，采空区和煤柱下方顺槽巷道采用相应的支护方案后，10401 和10402 工作面回采过程中，围岩塑性区破坏范围均在锚杆索支护控制范围内，支护方案能满足矿井安全生产需求。

3 巷道支护参数

3.1 采空区下顺槽支护参数

顶板锚杆为Φ22 mm×2400 mm 的高强度螺纹钢锚杆，屈服强度335 MPa；采用树脂加长锚固，一支CK2340，一支Z2360；锚杆间距950 mm，排距1000 mm；预紧力矩300 N·m；采用BHW-280-3.00-4100 型W 钢带连接。锚索为Φ22 mm，1×19股预应力钢绞线，长6300 mm；“二·二”布置，每排两根，锚索间距为2000 mm，排距1000 mm；采用三支树脂药卷，两支Z2360，一支CK2340；张拉锁定后预紧力不低于300 kN；锚杆锚索均垂直顶板打设。帮锚杆与顶锚杆规格一致，间距800 mm，排距1000 mm；采用树脂加长锚固，一支CK2340，一支Z2360；配套W 钢护板，宽度280 mm，长度450 mm，厚度4 mm；采用规格为2700 mm×1100 mm10#铁丝编织的菱形金属网护帮，网孔规格30 mm×30 mm。支护参数如图2。

图2 采空区下顺槽支护参数图（mm）

3.2 煤柱下顺槽支护参数

煤柱下方顶板锚杆排距为800 mm，其余参数与采空区下方一致；锚索采用“三·二”布置，每排两根，三根锚索时间距为1700 mm，两根锚索时间距为2000 mm，三根锚索与两根锚索之间排距800 mm；采用三支树脂药卷，两支Z2360，一支CK2340；张拉锁定后预紧力不低于300 kN。巷帮锚杆排距为800 mm，其余锚杆支护参数与采空区下方一致；煤柱帮增加锚索支护，采用Φ22 mm，1×19 股预应力钢绞线，“二·一”布置，间距1400 mm，排距1600 mm；双根锚索距离顶底板700 mm，单根锚索距离顶板1300 mm，距底板1500 mm。布置双根锚索时，靠近顶板的一根锚索向顶板倾斜10°，其他锚索垂直巷道帮部打设；采用两支树脂药卷，一支Z2360，一支CK2340；张拉锁定后预紧力不低于200 kN。支护参数如图3。

图3 煤柱下顺槽支护参数图（mm）

4 应用效果分析

采用十字布点对围岩变形进行监测。正常区域巷道顶底最大移近量为96 mm，两帮最大移近量为174 mm；在煤柱下方、构造影响区和围岩破碎区回风顺槽巷道围岩变形相对较大，顶板最大下沉量达到229 mm，两帮最大移近量为472 mm。通过观测可知，回风顺槽巷道围岩变形整体可控，选取的支护参数科学合理，能够满足巷道安全使用要求。