穆效治

（山西晉神能源有限公司沙坪煤礦，山西忻州034000）

煤礦開掘巷道在掘進施工前應(yīng)當(dāng)對巷道上覆巖層的地質(zhì)條件與巖性進行探查分析，查清巖層的性質(zhì)與巖層厚度，同時，可通過鉆孔鉆進取芯的方法，實測其硬度系數(shù)，為后期支護提供理論依據(jù)[1-3]。一般情況下，我國煤礦對于巷道支護主要采取主動支護、被動支護和復(fù)合型支護三種形式，依據(jù)不同巖層的穩(wěn)定性與巖石硬度，可因地制宜地選取不同形式的支護方式，以求達到最經(jīng)濟可靠的效果。其中，主動支護可通過打設(shè)錨桿、錨索對頂板進行補強；被動支護主要通過架設(shè)梯形棚或U 型鋼棚來實現(xiàn)頂板支護；近年來多數(shù)煤礦普遍適用推廣復(fù)合型支護方式，即依靠錨網(wǎng)索配合架棚的方式來延長巷道的使用周期，提高頂板圍巖支護強度，創(chuàng)造安全施工的作業(yè)環(huán)境。

1 工作面概況

沙坪煤礦主要開采煤層以8#下煤層為主，與其上部相鄰的8#上煤層為近距離煤層。1815工作面順槽為礦井在施工巷道，布置主輔回撤巷道為工作面采閉后回撤設(shè)備支架等服務(wù)使用，由于上部8#上煤層已回采結(jié)束，設(shè)計兩條主輔回撤巷道位于8#上煤層遺留煤柱下方，沿8#下煤層底板掘進。1815 工作面8#上、下煤層層間距0.6～4.4m，平均巖層厚度為2.8m，工作面設(shè)計走向長度239.7m，對應(yīng)地面標(biāo)高1055～1095m，底板標(biāo)高890～910m，煤層埋深約160～250m。1815 工作面范圍對應(yīng)上覆8#上煤層18205和18207工作面的采空區(qū)，考慮到地面沉降影響和盡量多回收煤炭資源，主輔回撤巷道計劃布置在18207 采空區(qū)和18206 采空區(qū)之間的煤柱下方，預(yù)留煤柱最寬處88m，最窄處68m，主輔回撤巷道之間的凈煤柱留設(shè)20m?？紤]到上部采空區(qū)采閉后動壓尚不穩(wěn)定及預(yù)留薄煤柱的支撐強度影響，預(yù)計工作面在掘進期間可能面對應(yīng)力狀態(tài)較高、巷幫成型較差的管理問題。因此，為了加強工程質(zhì)量管理，確保施工安全，需要對1815主輔回撤巷道掘進層位進行合理布置與優(yōu)化設(shè)計，1815主輔回撤巷道布置示意圖如圖1所示。

圖1 1815主輔回撤通道布置示意圖

2 煤層頂?shù)装鍘r性

根據(jù)初期地面物探資料顯示，1815工作面回采、掘進范圍內(nèi)構(gòu)造簡單，無大型褶皺及斷層，在局部裂隙密集發(fā)育和小斷層發(fā)育地段，需要調(diào)整支護方式為短掘短支，補強巷道支護。煤巖層情況：8#下煤層厚度3.6～5.0m，平均厚度4.2m。1815 工作面區(qū)域8#下煤層厚度4.5～5.1m，煤結(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)定夾矸1 層，處于煤層中下部，巖性為白色泥巖，厚度0.1～0.2m。煤層穩(wěn)定，內(nèi)生裂隙較為發(fā)育，一般為半亮型煤，次為半暗型煤，局部出現(xiàn)暗淡型煤。

8#上、下煤層層間距為0.6～4.4m，平均2.8m，為8#下煤層直接頂，巖性為泥巖，呈黑灰色、致密、具泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，斷口平坦。向上為8#上煤層，平均厚度4m；8#上煤層頂板為砂巖，厚度7.6m；砂巖層上為7#煤，厚度0.5m；7#煤頂板仍為砂巖。直接底為泥巖，呈灰黑色、性脆、致密、具貝殼狀斷口、含星散狀黃鐵礦，產(chǎn)植物化石，厚度2.8m。

3 圍巖強度實測分析

為準(zhǔn)確掌握8#下煤層的地應(yīng)力分布情況，利用類比法，根據(jù)1815工作面回撤巷道相鄰工作面的1812主回撤巷道應(yīng)力測站觀測數(shù)據(jù)顯示，1#測站最大水平主應(yīng)力為5.65MPa，最小水平主應(yīng)力為2.98MPa，垂直應(yīng)力為2.7MPa。根據(jù)應(yīng)力判斷標(biāo)準(zhǔn)劃分：0～10MPa 為低應(yīng)力區(qū)，10～18MPa為中等應(yīng)力區(qū)，18～30MPa為高應(yīng)力區(qū)，大于30MPa 為超高應(yīng)力區(qū)[2]。結(jié)合測站實測應(yīng)力數(shù)值得出結(jié)論，1815 回撤巷道設(shè)計布置區(qū)域地應(yīng)力場在量值上屬于低應(yīng)力區(qū)。2019 年7 月，沙坪礦在1815 膠運順槽400m 處進行了頂幫巖層強度測試和結(jié)構(gòu)窺視，從窺視結(jié)果分析得出結(jié)論：

（1）頂板0～2m為8#下煤層，完整性較好。

（2）2.0～4.9m 為 8#上、下煤層間巖層，層間距2.9m，完整性較好。

（3）4.9～9m為8#上煤層，厚4.1m，完整性較好。

（4）9～12m為砂巖，完整性較好。

除此之外，通過對巷道頂幫強度進行設(shè)計測試，收集數(shù)據(jù)后繪制強度分布圖，如圖2、圖3所示。

圖2 1815膠運頂板巖層強度分布圖

由圖2 可知：8#下煤層直接頂即8#上、下煤層預(yù)計層間巖層強度為38.99MPa，8#上煤層強度為22.98MPa；由圖3可知：8#下煤層強度為22.62MPa。通過分析：

（1）頂板錨索設(shè)計時應(yīng)盡可能穿過8#上煤層，錨固在質(zhì)地較堅硬的砂巖中，以便減少頂板移近下沉量；

（2）8#上、下煤層間巖層單軸抗壓強度為38.99MPa，強度較高，有利于錨桿預(yù)緊力和支護阻力的擴散，結(jié)合圍巖窺視結(jié)果分析，該巖層自身承載能力好，有利于保持巷道頂板穩(wěn)定；

圖3 1815膠運幫部煤體強度分布圖

（3）經(jīng)過現(xiàn)場查看，8#下煤層應(yīng)力集中時容易片幫，幫部支護需加強，特別是主回撤通道回采幫部出現(xiàn)較嚴(yán)重片幫現(xiàn)象，受到側(cè)幫壓力較大。

4 支護參數(shù)設(shè)計

通過對圍巖支護強度的影響因素詳細分析，可進一步提出有效措施加強支護強度。為了減少施工難度，選定1815主輔回撤巷道設(shè)計斷面均為矩形，主輔回撤巷道均沿8#下組煤底板掘進，設(shè)計巷道掘進寬度5.5m，高度3.6m。通過類比方法，將原掘進相鄰工作面的礦壓應(yīng)力監(jiān)測數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，并通過布置測點，在回采期間持續(xù)觀察巷道支護的頂幫位移移近量，以及動壓觀測結(jié)果，對1815 主輔回撤巷道支護參數(shù)進行優(yōu)化調(diào)整，與原支護方案相比，頂板錨桿長度由2500mm 增加到3100mm，錨索長度由7900mm 增加到8300mm，兩幫錨桿長度由2000mm增加到2500mm，同時也加大支護密度和錨固力，從而起到更加牢固的懸頂固幫效果。巷道支護斷面圖如圖4所示。

圖4 巷道支護斷面圖（單位：mm）

5 結(jié)論

（1）通過對8#煤上下煤層及頂?shù)装鍘r性的探查分析，確定了其賦存厚度及堅硬程度，便于明確巷道布置掘進層位的確定，以及錨桿錨索終孔錨固位置的確定。

（2）對圍巖強度經(jīng)過相鄰巷道經(jīng)驗值的比對，以及巷道實測觀察數(shù)據(jù)結(jié)果的分析，有效掌握了圍巖強度的量值，有助于了解煤巖層的完成性和應(yīng)力場分布規(guī)律，為巷道設(shè)計提供理論指導(dǎo)意見。

（3）按照優(yōu)化后設(shè)計進行掘進期間，需增設(shè)觀測點，隨時收集巷道動壓、應(yīng)力、移近量等參數(shù)變化情況，及時做出調(diào)整，以確保巷道掘進的安全施工，減少片幫離層對巷道支護的影響，提高巷道使用周期，減少巷修工程量。