泰安煤業(yè)12102工作面巷道支護(hù)技術(shù)研究

趙振宇

(山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)忻州有限公司，山西 忻州 034000)

引 言

近距煤層或極近距離煤層在煤層開采過程中，下組煤層工作面巷道的布置多采用內(nèi)錯(cuò)、外錯(cuò)和垂直布置等3種方式[1-4]。泰安煤業(yè)目前開采11#煤層和12#煤層，11102工作面回采結(jié)束2個(gè)月后，掘進(jìn)12102工作面運(yùn)輸順槽和回風(fēng)順槽。11#煤層和12#煤層為近距離煤層，11101工作面巷道揭露區(qū)域11#煤層厚度為1.43 m～1.95 m，平均1.57 m；11102工作面巷道揭露區(qū)域11#煤層厚度為1.4 m～2.2 m，平均1.59 m。11#煤層留設(shè)34 m凈煤柱，11#煤直接頂為含鈣泥巖，平均厚度3.1 m，基本頂為泥質(zhì)粉砂巖，平均厚度4.3 m。為更好地把握12102工作面區(qū)域煤層和層間距賦存情況，在11102工作面巷道進(jìn)行了底板鉆孔探測(cè)，11102工作面回風(fēng)順槽下層間距為3 m～13 m，其中自巷口往里超過400 m的巷道層間距厚度為3 m，12#煤層厚度為4.2 m～5 m。11102工作面運(yùn)輸順槽下層間距為0.75 m～5.2 m，大部分巷道層間距小于2.2 m，該處12#煤層出現(xiàn)分層，夾矸厚度超過2.25 m，12#上煤層厚度為2 m～2.75 m。煤層傾角3°～14°，平均為8°。12#煤層直接底為泥巖，平均厚度為1.2 m，老底為S2砂巖，平均厚度為25.3 m。

鑒于12102工作面區(qū)域大部分巷道層間距較小且11102工作面剛剛結(jié)束回采，采空區(qū)下無法施工錨索且頂板管理不善時(shí)易引發(fā)其他安全問題的原因，考慮回風(fēng)順槽側(cè)12#煤層厚度較大，外錯(cuò)布置更有利于資源回收，結(jié)合12101工作面運(yùn)輸順槽外錯(cuò)2 m布置的成功經(jīng)驗(yàn)，12102工作面運(yùn)輸順槽和回風(fēng)順槽均采用外錯(cuò)至煤柱下的布置方式。由于兩巷掘進(jìn)時(shí)相鄰的12101和11103工作面均處于回采狀態(tài)，為強(qiáng)烈動(dòng)壓影響下極近距離煤層巷道外錯(cuò)布置合理煤柱尺寸和圍巖控制技術(shù)難題。

1 12102工作面圍巖地質(zhì)條件

12102工作面運(yùn)輸順槽設(shè)計(jì)走向長度1 150 m，回風(fēng)順槽設(shè)計(jì)走向長度1 041 m。運(yùn)輸順槽地面標(biāo)高1 005 m～1 032 m，底板標(biāo)高758 m～776 m，埋深229 m～261 m?；仫L(fēng)順槽地面標(biāo)高995 m～1 150 m，底板標(biāo)高790 m～798 m，埋深200 m～326 m。12102工作面區(qū)域12#煤層厚度及層間距分布不均，11102工作面運(yùn)輸順槽下層間距為0.75 m～5.2 m，大部分巷道層間距小于2.2 m。11102工作面回風(fēng)順槽下層間距為3 m～13 m，其中自巷口往里超過400 m的巷道層間距厚度為3 m，12#煤厚度為4.2 m～5 m。煤層傾角3°～14°，平均為8°。12#煤層頂板以泥巖為主，局部含砂巖，直接底為泥巖，平均厚度為1.2 m，老底為S2砂巖，平均厚度為25.3 m。12101工作面煤層開采高度為4.5 m。

構(gòu)造情況，11102工作面巷道掘進(jìn)時(shí)僅在回風(fēng)順槽出現(xiàn)1處落差1 m的小斷層，預(yù)計(jì)12102工作面巷道掘進(jìn)時(shí)受斷層影響較少；水文地質(zhì)情況，涌水量較小，12102工作面回采前應(yīng)對(duì)鄰近采空區(qū)積水進(jìn)行疏放；瓦斯情況，預(yù)計(jì)掘進(jìn)工作面絕對(duì)瓦斯涌出量0.32 m3/min，相對(duì)瓦斯涌出量0.14 m3/t。

2 圍巖地質(zhì)力學(xué)測(cè)試及評(píng)估

測(cè)點(diǎn)布置在12#煤層一采區(qū)輔運(yùn)巷900 m處。依據(jù)測(cè)點(diǎn)鉆孔觀測(cè)結(jié)果，結(jié)合收集到的相關(guān)地質(zhì)資料綜合分析可以得到：0 m～1.9 m為粉砂巖，呈深灰色，鈣質(zhì)膠結(jié)，該段巖層完整性較好；1.9 m～3.6 m為11#煤，煤體完整；3.6 m～8.9 m為砂質(zhì)泥巖，巖層呈灰黑色，泥質(zhì)膠結(jié)，其中4.2 m處為泥巖夾層，5.0 m、6.2 m處有明顯的橫向裂隙，6.2 m～8.9 m巖層完整；8.9 m～9.2 m為10#煤層；9.2 m～13.4 m為泥巖，呈灰黑色，泥質(zhì)膠結(jié)，完整性好；13.4 m～18.6 m為細(xì)砂巖，深灰色，鈣質(zhì)膠結(jié)，其中14.1 m～14.8 m有明顯裂隙發(fā)育，完整性差，14.9 m～18.6 m巖層完整；18.6 m～20.1 m為泥質(zhì)砂巖，泥質(zhì)膠結(jié)，巖層完整。

11#煤層強(qiáng)度為18 MPa，頂板泥巖強(qiáng)度為55 MPa，結(jié)構(gòu)均較為完整，回采時(shí)超前影響段無明顯壓力顯現(xiàn)，回采后端頭支架后方懸頂面積較大，采空區(qū)內(nèi)巷幫仍能保持穩(wěn)定；12#煤層強(qiáng)度為14 MPa，在不受動(dòng)壓影響時(shí)成型較好，平整裂隙不發(fā)育，受采動(dòng)影響時(shí)成型欠佳，頂板泥巖，局部粉砂巖強(qiáng)度為66 MPa，強(qiáng)度較高成型較好，有利于支護(hù)，12#煤老底為厚層砂巖，有利于動(dòng)壓條件下底板穩(wěn)定。

3 12102工作面巷道外錯(cuò)合理煤柱

12101工作面運(yùn)輸順槽外錯(cuò)入11101工作面與11102工作面煤柱2 m，布置在煤柱下，12101工作面回風(fēng)順槽與11101工作面回風(fēng)順槽重疊布置，回風(fēng)順槽成型較好，礦壓顯現(xiàn)不明顯。頂板和煤柱側(cè)幫錨桿為Ф22 mm左旋無縱筋螺紋鋼筋，長度2 400 mm，配套W鋼護(hù)板。工作面?zhèn)葞筒捎莽?2 mm，長度為2 400 mm的玻璃鋼錨桿。頂錨桿排距1 000 mm，每排5根錨桿，間距1 100 mm。幫錨桿排距1 000 mm，每幫3根錨桿，間距1 200 mm。頂錨索為Ф21.6 mm，7股預(yù)應(yīng)力鋼絞線，長度5 300 mm，每2 m施工2根。運(yùn)輸順槽頂板成型較好未見明顯破碎變形，兩幫掘出后即成型較差，回采側(cè)幫部分錨桿受力較大，托板被壓平翻蓋，玻璃鋼錨桿有破斷現(xiàn)象，改為金屬錨桿后再無破斷。在335 m和450 m處各布置一組表面位移測(cè)站。兩幫移近量最大值為90 mm，距掘進(jìn)頭60 m即基本穩(wěn)定，頂板下沉量最大在40 mm，同樣掘過60 m后較為穩(wěn)定。

12102工作面運(yùn)輸順槽采用外錯(cuò)凈煤柱6 m的方式布置，回風(fēng)順槽采用外錯(cuò)凈煤柱5 m的方式布置，12102工作面回風(fēng)順槽和12101回采面間凈煤柱為17 m。

4 12102工作面巷道支護(hù)方案

12102工作面運(yùn)輸順槽和回風(fēng)順槽均為矩形斷面，沿12#煤頂板掘進(jìn)，掘進(jìn)寬度5.0 m，高度3.0 m，掘進(jìn)斷面積為15 m2。

頂板支護(hù)，桿體為Ф22 mm左旋無縱筋螺紋鋼筋，屈服強(qiáng)度不低于335 MPa，長度2 400 mm，桿尾螺紋規(guī)格為M24。樹脂加長錨固。拱型高強(qiáng)度托板，150 mm×150 mm×8 mm，拱高不低于36 mm。鋼筋網(wǎng)，錨桿排距1 000 mm，每排5根錨桿，間距1 100 mm。預(yù)緊扭矩不低于300 N·m。錨索為Ф21.8 mm，119股高強(qiáng)度低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線，長度5.3 m，一支K2335和兩支Z2360樹脂錨固劑。每排兩根布置，排距2 000 mm，間距2 000 mm。拱形高強(qiáng)錨索托板，300 mm×300 mm×16 mm，拱高不低于60 mm。張拉力200 kN～250 kN。巷幫支護(hù)，桿體材料同頂錨桿，增加W鋼護(hù)板，長度450 mm。錨桿預(yù)緊扭矩不低于300 N·m。

5 12102工作面巷道變形原因及支護(hù)方案

5.1 12102工作面巷道變形分析

12102工作面回風(fēng)順槽掘進(jìn)至360 m，自110 m進(jìn)入11102工作面采空區(qū)影響范圍，自150 m至迎頭巷道兩幫成型不佳，兩幫出現(xiàn)移近。掘進(jìn)迎頭和兩幫煤體破碎，出現(xiàn)縱向裂隙，有霹裂現(xiàn)象，全巷道頂板保持完整?；夭蓚?cè)幫150 m～160 m、200 m～220 m兩處錨桿托板翻蓋變形嚴(yán)重，幫部變形擠出；非回采側(cè)幫錨桿同樣有托板翻蓋現(xiàn)象。250 m至巷口已基本穩(wěn)定。自130 m開始巷道有少量底鼓，250 m～350 m底鼓嚴(yán)重，底鼓量在500 mm；250 m至迎頭變形特征主要為兩幫下部和幫角鼓出，兩排錨桿間網(wǎng)包不明顯，主要為整體鼓出。

12102工作面運(yùn)輸順槽掘至536 m，隨后停止掘進(jìn)。自120 m進(jìn)入11102工作面采空區(qū)影響范圍，120 m～260 m段未見變形。260 m～450 m回采側(cè)幫煤體破碎，出現(xiàn)縱向裂隙，有霹裂現(xiàn)象，回采側(cè)幫錨桿托板大量翻蓋變形；幫部局部變形擠出。非回采側(cè)幫局部同樣有變形。自350 m至迎頭，頂板出現(xiàn)構(gòu)造成型較差。頂錨桿托板有翻蓋現(xiàn)象?，F(xiàn)已補(bǔ)打錨索加固。350 m至迎頭變形特征主要為回采側(cè)幫破碎，出現(xiàn)網(wǎng)包，同樣有煤層整體鼓出現(xiàn)象。

底鼓原因分析，12101工作面運(yùn)輸順槽150 m～250 m出現(xiàn)底鼓，且該巷在150 m左右處進(jìn)入到11101采空區(qū)影響范圍，可見其底鼓由12102工作面回風(fēng)順槽掘進(jìn)、11102和11101工作面采動(dòng)疊加影響引起，其間凈煤柱為17 m，且兩巷都受到上覆11#煤采空區(qū)影響，幫部變形也以與12102工作面間煤柱側(cè)幫為主；12102工作面回風(fēng)順槽290 m～350 m段與其他段相比底鼓嚴(yán)重，主要為受到11101工作面采動(dòng)和11102工作面采動(dòng)疊加影響；11101工作面采完1年左右，11102工作面采完4個(gè)月尚未完全穩(wěn)定，頂板活動(dòng)同樣影響12102工作面回風(fēng)順槽底鼓；11102工作面回采時(shí)，兩端頭頂板并未垮落，以懸頂為主，受擾動(dòng)后有可能垮落；煤層傾角影響，傾角6°～12°，傾斜采空區(qū)對(duì)上方煤柱影響比對(duì)下方煤柱強(qiáng)烈；地質(zhì)原因，12102工作面回順兩幫煤體破碎，出現(xiàn)縱向裂隙，有霹裂現(xiàn)象，不利于支護(hù)，底板留有底煤，容易發(fā)生底鼓；構(gòu)造影響，同樣區(qū)域的12102工作面運(yùn)輸順槽370 m～430 m段為變坡段，出現(xiàn)明顯底鼓。

5.2 12102工作面巷道支護(hù)改進(jìn)

幫部錨索加固，網(wǎng)包破碎處重新鋪網(wǎng)，錨索排距2 m，間距1.2 m，距頂板1.2 m，采用直徑17.8 mm錨索，長度5.3 m，3支錨固劑，垂直巷幫施工，配高強(qiáng)拱形托板和調(diào)心球墊，張拉力不小于180 kN。

頂板在兩排錨索中間補(bǔ)打一根錨索加強(qiáng)支護(hù)，采用直徑21.8 mm錨索，長度7.3 m，3支錨固劑，垂直頂板布置，張拉力不小于200 kN。考慮下一步12102工作面回風(fēng)順槽正常掘進(jìn)，12101工作面運(yùn)輸順槽應(yīng)自350 m往外頂幫補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)。

12102工作面回風(fēng)順槽掘進(jìn)引起12101工作面運(yùn)輸順槽底鼓，12102工作面回風(fēng)順槽暫停掘進(jìn)。運(yùn)輸順槽可以正常掘進(jìn)，350 m～430 m段兩幫仍需補(bǔ)打錨索。

5.3 12102工作面巷道支護(hù)變更

結(jié)合12102工作面巷道已掘段巷道變形情況，對(duì)其支護(hù)變更如下：

1) 12102工作面運(yùn)輸順槽，頂板由于構(gòu)造影響，頂板中部存在沿巷道走向裂隙，成型不佳，補(bǔ)打錨索；錨索長度改為6.3 m，直徑21.8 mm錨索，3支錨固劑，張拉力不小于200 kN。頂板錨桿支護(hù)保持不變?；夭蓚?cè)幫補(bǔ)打錨索，直徑17.8 mm，長度4.3 m，3支錨固劑，張拉力不小于180 kN。

2) 12102工作面回風(fēng)順槽，非回采側(cè)幫采用全錨索，直徑17.8 mm，長度5.3 m，3支錨固劑，張拉力不小于180 kN。自迎頭至12101回采面對(duì)穿后50 m，非回采側(cè)幫均采用雙層網(wǎng)護(hù)幫，金屬網(wǎng)在里，鋼筋網(wǎng)在外?；夭蓚?cè)幫補(bǔ)打錨索，規(guī)格要求同非回采側(cè)幫。幫錨桿錨索采用舊皮帶作為組合構(gòu)件。

6 結(jié)論

以泰安煤業(yè)12102工作面巷道作為研究對(duì)象，設(shè)計(jì)了12102工作面巷道支護(hù)方案，并針對(duì)該巷道礦壓顯現(xiàn)嚴(yán)重，提出了二次刷擴(kuò)和補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)方案。該研究可以為河?xùn)|煤田近距離煤層動(dòng)壓影響巷道支護(hù)提供一定的技術(shù)參考。