孫龍龍

（山西焦煤西山煤電股份有限公司馬蘭礦，山西 古交 030205）

由于地層復雜的運動特點導致多煤層群煤層間的距離存在差異性，當煤層距離較近時，上部煤層開采必然擾動下部煤層的穩(wěn)定。受上部采空的影響，下部煤層頂板易出現(xiàn)擾動破壞，圍巖體破碎，自身承載能力極差，易出現(xiàn)巷道片幫、冒頂事故，直接影響礦井正常生產(chǎn)[1-5]。馬蘭礦12702 工作面皮帶巷掘進0～519 m 范圍內(nèi)，上部間隔3.2～6.0 m 為10702采空區(qū)，為避免12702 工作面皮帶巷受采空區(qū)影響，出現(xiàn)嚴重的變形現(xiàn)象，開展近距離采空區(qū)下回采巷道差異性支護技術研究與應用，具有顯著的現(xiàn)實意義和推廣意義。

1 工程概況

西山煤電馬蘭礦12702 工作面開采2#煤層，位于+910 m 水平南七采區(qū)，工作面地面標高1304～1392 m，工作面標高890.1～954.0 m。工作面開采范圍內(nèi)煤層總厚1.74～2.6 m，平均煤厚2.18 m，煤層傾角1°～9°，平均傾角4°，屬穩(wěn)定可采煤層。煤層直接頂為深灰色粉砂質泥巖，厚1.43 m，易破碎，含黃鐵礦結核，普氏硬度5.0；基本頂為灰色S2 中粒砂巖，厚5.82 m，上粗下細，泥質膠結，層理發(fā)育，成分以石英、長石為主，普氏硬度7.6；直接底為灰黑色粉砂巖，厚0.94 m，含植物根化石，普氏硬度7.1；基本底為灰黑色粉砂巖，厚7.31 m，富含根部化石，夾菱鐵礦，普氏硬度6.6。12702 工作面皮帶巷服務于12702 工作面，用于工作面進風、原煤運輸、供電、供風、供水、排水、注氮、行人等。巷道掘進斷面為梯形，掘進高度為2.6 m，上底為3.5 m，下底4.5 m。皮帶巷掘進0～519 m 范圍內(nèi)，上部間隔3.2～6.0 m 為10702 采空區(qū)。剖面相對位置示意圖如圖1。

圖1 12702 工作面皮帶巷剖面相對位置示意圖

2 采空區(qū)下巷道合理位置分析

上部煤層開采后，在采空區(qū)一側遺留的保護煤柱將產(chǎn)生應力集中區(qū)域，若將下部煤層巷道布置在應力集中范圍，巷道將出現(xiàn)嚴重礦壓顯現(xiàn)[6]。因此，一般將巷道布置在應力降低區(qū)范圍，遠離采空區(qū)煤柱。通過模擬分析馬蘭礦10702 工作面開采后底板支承壓力的傳遞規(guī)律，合理分析確定馬蘭礦12702工作面皮帶巷的相對位置。馬蘭礦10702 工作面開采后的底板巖層應力分布特征如圖2，10702 采空區(qū)一側下部煤層應力分布特征如圖3。

圖2 10702 工作面開采后底板巖層應力分布特征

圖3 10702 采空區(qū)一側下部煤層應力分布特征

如圖2 和圖3 所示， 10702 工作面開采后，采空區(qū)側的煤柱對底板巖層支承壓力有顯著的影響。在煤柱下方底板巖層應力集中程度最高，隨著距煤柱距離的不斷增加，支承應力明顯衰減，當距煤柱的距離大于3 m 時，底板巖層應力開始小于原巖應力。因此，12702 工作面皮帶巷布置在10702 采空區(qū)煤柱3.0 m 距離以外。12702 工作面皮帶巷距10702 采空區(qū)煤柱的距離不同時，巷道左幫的應力分布特征如圖4。由圖可知，隨著巷道距10702 采空區(qū)煤柱距離的增加，煤層內(nèi)部應力顯著降低。根據(jù)馬蘭礦采掘規(guī)劃，目前12702 工作面皮帶巷布置在距10702 采空區(qū)煤柱距離44 m 處。由圖可知，12702 工作面皮帶巷左幫10 m 范圍內(nèi)的煤層應力均屬于近零應力分布區(qū)域，12702 工作面皮帶巷圍巖應力環(huán)境良好。

圖4 12702 工作面皮帶巷左側煤層應力分布特征

3 采空區(qū)下回采巷道差異性支護技術

12702 工作面皮帶巷采用采空區(qū)下回采巷道差異性支護技術，巷道采用錨網(wǎng)進行永久支護，采用錨索或工字鋼棚進行加強支護。當巷道距上部采空區(qū)間距大于4.3 m 時，采用錨索進行加強支護；當巷道距上部采空區(qū)間距小于4.3 m 時，采用工字鋼棚進行加強支護。具體支護參數(shù)如下：

（1）錨網(wǎng)支護

巷道采用錨桿+鋼筋鋼帶、金屬網(wǎng)進行主動支護。錨桿采用直徑20 mm、長度2000 mm 的左旋高強錨桿，間排距為1000 mm×1000 mm，頂板每排布置4 根，幫部每排布置3 根。錨桿采用鋼筋鋼帶連接，鋼筋鋼帶由14 mm 的圓鋼焊接而成，配120 mm×120 mm×12 mm 的蝶形壓制托盤，預緊扭矩不低于280 N·m。金屬網(wǎng)采用直徑3.4 mm 焊接的菱形金屬網(wǎng)。

（2）加強支護

① 錨索加強支護

當巷道距上部采空區(qū)間距大于4.3 m 時，采用錨索進行加強支護。錨索采用直徑18.9 mm、長度4300 mm 的高預緊力錨索，間排距為2000 mm×2000 mm， 每 排 布 置2 根。 錨 索 配300 mm×300 mm×14 mm 的蝶形壓制托盤，預緊力不低于40 MPa。支護斷面圖如圖5（a）。

② 棚式加強支護

當巷道距上部采空區(qū)小于4.3 m 時，采用工字鋼棚加強支護。工字鋼棚采用礦用11#工字鋼加工，棚梁3500 mm，棚腿2900 mm，棚距1000 mm，棚子架設在兩排鋼帶中間。支護斷面圖如圖5（b）。

圖5 加強支護區(qū)域巷道支護斷面圖（mm）

4 巷道變形特征

提出的采空區(qū)下回采巷道差異性支護技術應用于12702 工作面皮帶巷，皮帶巷掘進時采用十字測試法監(jiān)測巷道圍巖位移情況。

圖6 給出了12702 工作面皮帶巷圍巖位移曲線（2 個測點）。由圖可知，巷道支護初期巷道頂幫圍巖移近速度均較快；巷道掘進15 d 后，巷道頂幫圍巖移近速度顯著降低，位移曲線趨于平穩(wěn)；巷道掘進21 d 后，頂幫圍巖移近速度趨于 0 mm/d，巷道圍巖趨于穩(wěn)定。此時，巷道頂板最大下沉量在210～220 mm 范圍，幫部表面最大位移量在116 mm左右。綜上表明， 12702 工作面皮帶巷位于采空區(qū)應力降低區(qū)，其圍巖應力環(huán)境良好，設計采用的采空區(qū)下回采巷道差異性支護技術可有效控制12702工作面皮帶巷圍巖穩(wěn)定，證明了采空區(qū)下回采巷道差異性支護技術和參數(shù)的合理性和可靠性。

圖6 12702 工作面皮帶巷圍巖位移曲線

5 結論

上部煤層開采形成的采空區(qū)擾動破壞下部煤層頂板巖層，巷道掘進易出現(xiàn)大變形現(xiàn)象，為此，以12702 工作面皮帶巷上部賦存10702 采空區(qū)為工程背景，通過分析10702 開采后底板支承壓力的傳遞規(guī)律，分析認為目前布置12702 工作面皮帶巷處于近零應力分布區(qū)域，圍巖應力環(huán)境良好?；诖?，設計了采空區(qū)下回采巷道差異性支護技術，12702工作面皮帶巷采用錨網(wǎng)進行永久支護，采用錨索或工字鋼棚進行加強支護，現(xiàn)場應用證明了采空區(qū)下回采巷道差異性支護技術和參數(shù)的合理性和可靠性。