雙重動(dòng)壓下近距離煤層采空區(qū)下巷道補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)設(shè)計(jì)

孟曉亮

（山西焦煤西山煤電晉興能源有限公司斜溝煤礦，山西 呂梁 033000）

1 概況

斜溝煤礦15采區(qū)同時(shí)開采6#煤、8#煤。由于上覆的6#煤層與下部的8#煤在回采時(shí)存在壓茬關(guān)系，因此需提前考慮將上覆的6#煤進(jìn)行回采，同時(shí)加快下部8#煤層開采，為13#煤的開發(fā)提前做好準(zhǔn)備。掘進(jìn)正在回采的8#煤工作面鄰近巷道時(shí)，受到雙重動(dòng)壓影響，在進(jìn)行該巷道支護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)，常用的設(shè)計(jì)理論不足以應(yīng)對相應(yīng)問題。

2 圍巖失穩(wěn)影響因素

2.1 采動(dòng)影響

18505皮帶巷與上覆16501工作面平均層間距為19m，與鄰近正在回采的18503工作面之間有20m的保護(hù)煤柱。18503工作面回采期間，老頂周期性回旋和垮落，頂板內(nèi)高應(yīng)力區(qū)會(huì)向橫向和縱向延伸，18505皮帶巷頂板在受影響范圍之內(nèi)。此外18505工作面與上覆16501工作面采空區(qū)只有19m層間距，受18503工作面二次采動(dòng)影響以及采空區(qū)側(cè)向支撐壓力作用影響，18505皮帶巷頂板以及巷道幫部礦壓顯現(xiàn)較為明顯。

2.2 頂板巖性影響支護(hù)效果

煤巷頂板穩(wěn)定性受巖性強(qiáng)度影響較為明顯。18505皮帶巷在煤層中掘進(jìn)，直接頂有一層1～2.0m泥巖，泥巖穩(wěn)定性較差，原巷道設(shè)計(jì)支護(hù)錨桿長度為2.2m，錨桿有效長度正好錨固在泥巖部分，造成頂板一部分支護(hù)屬于無效支護(hù)，頂板局部容易出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象，不易維護(hù)和治理。

2.3 巷道支護(hù)強(qiáng)度偏弱

18505皮帶巷頂板支護(hù)強(qiáng)度設(shè)計(jì)偏弱主要體現(xiàn)在兩點(diǎn)：（1）根據(jù)懸頂理論和自然平衡拱理論，錨索錨固段懸掛在穩(wěn)定巖層內(nèi)的長度不應(yīng)小于2m，但是當(dāng)巷道受到采動(dòng)影響，尤其是在雙重動(dòng)壓影響下，巷道頂板錨索設(shè)計(jì)長度應(yīng)該加長；（2）原設(shè)計(jì)中錨索間排距偏大，頂板局部在受到雙重動(dòng)壓影響后，容易出現(xiàn)垮落的現(xiàn)象，起不到將頂板完整懸吊的作用。

18505皮帶巷受雙重動(dòng)壓影響，其煤柱幫處在高應(yīng)力疊加區(qū)，巷道支護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)與工作面幫區(qū)別對待，但是原支護(hù)方案卻采用了同一種支護(hù)設(shè)計(jì)，煤柱側(cè)幫支護(hù)強(qiáng)度偏弱，在雙重動(dòng)壓影響下，易發(fā)生鼓幫、片幫，巷道圍巖不易平衡穩(wěn)定。

3 巷道補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)設(shè)計(jì)

3.1 補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)方案

巷道補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)設(shè)計(jì)不僅需要理論分析，同時(shí)還需要基于現(xiàn)場圍巖實(shí)際發(fā)生變形、位移、離層的位置和范圍來確定，原因在于頂板離層發(fā)生在錨桿錨固區(qū)、錨索懸吊區(qū)，補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)方案是不同的。本設(shè)計(jì)方案中，基于鉆孔成像技術(shù)，對巷道圍巖進(jìn)行實(shí)際布孔觀測，同時(shí)，結(jié)合礦壓理論分析，提出了補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)設(shè)計(jì)方案。如表1所示，巷道頂板和兩幫分別進(jìn)行了加固設(shè)計(jì)。

表1 巷道補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)參數(shù)

3.2 驗(yàn)證巷道補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)設(shè)計(jì)合理性

為了更好地驗(yàn)證補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)設(shè)計(jì)方案的合理性，首先采用數(shù)值模擬的方法進(jìn)行驗(yàn)證。根據(jù)18505掘進(jìn)工作面上覆和臨近工作面布置示意圖，建立了摩爾庫倫模型。分別模擬加固設(shè)計(jì)方案前后，巷道圍巖變形情況，從而驗(yàn)證采用本文加固設(shè)計(jì)方案的合理性。本文在進(jìn)行FLAC3D數(shù)值模擬后，對結(jié)果進(jìn)行了切片處理，以下是模擬結(jié)果：

（1）巷道圍巖力分布規(guī)律

圖1 原有巷道應(yīng)力圖

圖2 加強(qiáng)支護(hù)巷道應(yīng)力圖

結(jié)合圖1、圖2模擬結(jié)果，可以看出：原支護(hù)方案由于錨桿（索）長度短，錨索支護(hù)密度低，巷道兩幫及頂板處在高應(yīng)力區(qū)。采用加固支護(hù)方案后，巷道兩幫及頂板形成了一個(gè)整體，圍巖內(nèi)部高應(yīng)力區(qū)有向周邊轉(zhuǎn)移的趨勢，巷道圍巖所處的應(yīng)力區(qū)強(qiáng)度有明顯的降低。

（2）巷道圍巖變形規(guī)律

圖3 原有巷道位移圖

圖4 補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)巷道位移圖

如圖3、圖4模擬結(jié)果所示：原設(shè)計(jì)支護(hù)強(qiáng)度下，巷道圍巖頂板及兩幫均出現(xiàn)了較為明顯的變形量。其中，頂板發(fā)生了100mm的下沉，工作面幫發(fā)生了40mm位移，煤柱幫發(fā)生了90mm的位移，而采用加固設(shè)計(jì)方案后，巷道兩幫以及頂板位移變形了有了明顯的減?。喉敯逑鲁亮靠s減為26mm，兩幫位移量也分別縮減為22mm和30mm。

4 18505皮帶巷巷道位移實(shí)際觀測

采用多點(diǎn)位移計(jì)觀測巷道受采動(dòng)影響下圍巖變形隨時(shí)間變化情況。布點(diǎn)觀測數(shù)據(jù)整理如圖5所示。

圖5 位移變化曲線圖

通過數(shù)據(jù)分析可知：18505皮帶巷采用補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)后，巷兩幫移近量變化最大值不超過20mm，說明采用補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)后可以有效控制18503工作面回采對18505皮帶巷圍巖穩(wěn)定性影響。

5 結(jié)論

（1）基于巖體失穩(wěn)后易沿著巷道頂板邊緣發(fā)生錯(cuò)動(dòng)的機(jī)理，巷道角錨桿打設(shè)要有一定的打設(shè)角度，本設(shè)計(jì)中角錨桿打設(shè)角度為75°。

（2）本文通過加長錨桿（鎖）長度和補(bǔ)強(qiáng)錨索支護(hù)密度的方法可以有效解決雙重動(dòng)壓對18505皮帶巷圍巖穩(wěn)定性的影響。