泰安煤业12102工作面巷道支护技术研究

赵振宇

(山西煤炭运销集团忻州有限公司，山西 忻州 034000)

引 言

近距煤层或极近距离煤层在煤层开采过程中，下组煤层工作面巷道的布置多采用内错、外错和垂直布置等3种方式[1-4]。泰安煤业目前开采11#煤层和12#煤层，11102工作面回采结束2个月后，掘进12102工作面运输顺槽和回风顺槽。11#煤层和12#煤层为近距离煤层，11101工作面巷道揭露区域11#煤层厚度为1.43 m～1.95 m，平均1.57 m；11102工作面巷道揭露区域11#煤层厚度为1.4 m～2.2 m，平均1.59 m。11#煤层留设34 m净煤柱，11#煤直接顶为含钙泥岩，平均厚度3.1 m，基本顶为泥质粉砂岩，平均厚度4.3 m。为更好地把握12102工作面区域煤层和层间距赋存情况，在11102工作面巷道进行了底板钻孔探测，11102工作面回风顺槽下层间距为3 m～13 m，其中自巷口往里超过400 m的巷道层间距厚度为3 m，12#煤层厚度为4.2 m～5 m。11102工作面运输顺槽下层间距为0.75 m～5.2 m，大部分巷道层间距小于2.2 m，该处12#煤层出现分层，夹矸厚度超过2.25 m，12#上煤层厚度为2 m～2.75 m。煤层倾角3°～14°，平均为8°。12#煤层直接底为泥岩，平均厚度为1.2 m，老底为S2砂岩，平均厚度为25.3 m。

鉴于12102工作面区域大部分巷道层间距较小且11102工作面刚刚结束回采，采空区下无法施工锚索且顶板管理不善时易引发其他安全问题的原因，考虑回风顺槽侧12#煤层厚度较大，外错布置更有利于资源回收，结合12101工作面运输顺槽外错2 m布置的成功经验，12102工作面运输顺槽和回风顺槽均采用外错至煤柱下的布置方式。由于两巷掘进时相邻的12101和11103工作面均处于回采状态，为强烈动压影响下极近距离煤层巷道外错布置合理煤柱尺寸和围岩控制技术难题。

1 12102工作面围岩地质条件

12102工作面运输顺槽设计走向长度1 150 m，回风顺槽设计走向长度1 041 m。运输顺槽地面标高1 005 m～1 032 m，底板标高758 m～776 m，埋深229 m～261 m。回风顺槽地面标高995 m～1 150 m，底板标高790 m～798 m，埋深200 m～326 m。12102工作面区域12#煤层厚度及层间距分布不均，11102工作面运输顺槽下层间距为0.75 m～5.2 m，大部分巷道层间距小于2.2 m。11102工作面回风顺槽下层间距为3 m～13 m，其中自巷口往里超过400 m的巷道层间距厚度为3 m，12#煤厚度为4.2 m～5 m。煤层倾角3°～14°，平均为8°。12#煤层顶板以泥岩为主，局部含砂岩，直接底为泥岩，平均厚度为1.2 m，老底为S2砂岩，平均厚度为25.3 m。12101工作面煤层开采高度为4.5 m。

构造情况，11102工作面巷道掘进时仅在回风顺槽出现1处落差1 m的小断层，预计12102工作面巷道掘进时受断层影响较少；水文地质情况，涌水量较小，12102工作面回采前应对邻近采空区积水进行疏放；瓦斯情况，预计掘进工作面绝对瓦斯涌出量0.32 m3/min，相对瓦斯涌出量0.14 m3/t。

2 围岩地质力学测试及评估

测点布置在12#煤层一采区辅运巷900 m处。依据测点钻孔观测结果，结合收集到的相关地质资料综合分析可以得到：0 m～1.9 m为粉砂岩，呈深灰色，钙质胶结，该段岩层完整性较好；1.9 m～3.6 m为11#煤，煤体完整；3.6 m～8.9 m为砂质泥岩，岩层呈灰黑色，泥质胶结，其中4.2 m处为泥岩夹层，5.0 m、6.2 m处有明显的横向裂隙，6.2 m～8.9 m岩层完整；8.9 m～9.2 m为10#煤层；9.2 m～13.4 m为泥岩，呈灰黑色，泥质胶结，完整性好；13.4 m～18.6 m为细砂岩，深灰色，钙质胶结，其中14.1 m～14.8 m有明显裂隙发育，完整性差，14.9 m～18.6 m岩层完整；18.6 m～20.1 m为泥质砂岩，泥质胶结，岩层完整。

11#煤层强度为18 MPa，顶板泥岩强度为55 MPa，结构均较为完整，回采时超前影响段无明显压力显现，回采后端头支架后方悬顶面积较大，采空区内巷帮仍能保持稳定；12#煤层强度为14 MPa，在不受动压影响时成型较好，平整裂隙不发育，受采动影响时成型欠佳，顶板泥岩，局部粉砂岩强度为66 MPa，强度较高成型较好，有利于支护，12#煤老底为厚层砂岩，有利于动压条件下底板稳定。

3 12102工作面巷道外错合理煤柱

12101工作面运输顺槽外错入11101工作面与11102工作面煤柱2 m，布置在煤柱下，12101工作面回风顺槽与11101工作面回风顺槽重叠布置，回风顺槽成型较好，矿压显现不明显。顶板和煤柱侧帮锚杆为Ф22 mm左旋无纵筋螺纹钢筋，长度2 400 mm，配套W钢护板。工作面侧帮采用Ф22 mm，长度为2 400 mm的玻璃钢锚杆。顶锚杆排距1 000 mm，每排5根锚杆，间距1 100 mm。帮锚杆排距1 000 mm，每帮3根锚杆，间距1 200 mm。顶锚索为Ф21.6 mm，7股预应力钢绞线，长度5 300 mm，每2 m施工2根。运输顺槽顶板成型较好未见明显破碎变形，两帮掘出后即成型较差，回采侧帮部分锚杆受力较大，托板被压平翻盖，玻璃钢锚杆有破断现象，改为金属锚杆后再无破断。在335 m和450 m处各布置一组表面位移测站。两帮移近量最大值为90 mm，距掘进头60 m即基本稳定，顶板下沉量最大在40 mm，同样掘过60 m后较为稳定。

12102工作面运输顺槽采用外错净煤柱6 m的方式布置，回风顺槽采用外错净煤柱5 m的方式布置，12102工作面回风顺槽和12101回采面间净煤柱为17 m。

4 12102工作面巷道支护方案

12102工作面运输顺槽和回风顺槽均为矩形断面，沿12#煤顶板掘进，掘进宽度5.0 m，高度3.0 m，掘进断面积为15 m2。

顶板支护，杆体为Ф22 mm左旋无纵筋螺纹钢筋，屈服强度不低于335 MPa，长度2 400 mm，杆尾螺纹规格为M24。树脂加长锚固。拱型高强度托板，150 mm×150 mm×8 mm，拱高不低于36 mm。钢筋网，锚杆排距1 000 mm，每排5根锚杆，间距1 100 mm。预紧扭矩不低于300 N·m。锚索为Ф21.8 mm，119股高强度低松弛预应力钢绞线，长度5.3 m，一支K2335和两支Z2360树脂锚固剂。每排两根布置，排距2 000 mm，间距2 000 mm。拱形高强锚索托板，300 mm×300 mm×16 mm，拱高不低于60 mm。张拉力200 kN～250 kN。巷帮支护，杆体材料同顶锚杆，增加W钢护板，长度450 mm。锚杆预紧扭矩不低于300 N·m。

5 12102工作面巷道变形原因及支护方案

5.1 12102工作面巷道变形分析

12102工作面回风顺槽掘进至360 m，自110 m进入11102工作面采空区影响范围，自150 m至迎头巷道两帮成型不佳，两帮出现移近。掘进迎头和两帮煤体破碎，出现纵向裂隙，有霹裂现象，全巷道顶板保持完整。回采侧帮150 m～160 m、200 m～220 m两处锚杆托板翻盖变形严重，帮部变形挤出；非回采侧帮锚杆同样有托板翻盖现象。250 m至巷口已基本稳定。自130 m开始巷道有少量底鼓，250 m～350 m底鼓严重，底鼓量在500 mm；250 m至迎头变形特征主要为两帮下部和帮角鼓出，两排锚杆间网包不明显，主要为整体鼓出。

12102工作面运输顺槽掘至536 m，随后停止掘进。自120 m进入11102工作面采空区影响范围，120 m～260 m段未见变形。260 m～450 m回采侧帮煤体破碎，出现纵向裂隙，有霹裂现象，回采侧帮锚杆托板大量翻盖变形；帮部局部变形挤出。非回采侧帮局部同样有变形。自350 m至迎头，顶板出现构造成型较差。顶锚杆托板有翻盖现象。现已补打锚索加固。350 m至迎头变形特征主要为回采侧帮破碎，出现网包，同样有煤层整体鼓出现象。

底鼓原因分析，12101工作面运输顺槽150 m～250 m出现底鼓，且该巷在150 m左右处进入到11101采空区影响范围，可见其底鼓由12102工作面回风顺槽掘进、11102和11101工作面采动叠加影响引起，其间净煤柱为17 m，且两巷都受到上覆11#煤采空区影响，帮部变形也以与12102工作面间煤柱侧帮为主；12102工作面回风顺槽290 m～350 m段与其他段相比底鼓严重，主要为受到11101工作面采动和11102工作面采动叠加影响；11101工作面采完1年左右，11102工作面采完4个月尚未完全稳定，顶板活动同样影响12102工作面回风顺槽底鼓；11102工作面回采时，两端头顶板并未垮落，以悬顶为主，受扰动后有可能垮落；煤层倾角影响，倾角6°～12°，倾斜采空区对上方煤柱影响比对下方煤柱强烈；地质原因，12102工作面回顺两帮煤体破碎，出现纵向裂隙，有霹裂现象，不利于支护，底板留有底煤，容易发生底鼓；构造影响，同样区域的12102工作面运输顺槽370 m～430 m段为变坡段，出现明显底鼓。

5.2 12102工作面巷道支护改进

帮部锚索加固，网包破碎处重新铺网，锚索排距2 m，间距1.2 m，距顶板1.2 m，采用直径17.8 mm锚索，长度5.3 m，3支锚固剂，垂直巷帮施工，配高强拱形托板和调心球垫，张拉力不小于180 kN。

顶板在两排锚索中间补打一根锚索加强支护，采用直径21.8 mm锚索，长度7.3 m，3支锚固剂，垂直顶板布置，张拉力不小于200 kN。考虑下一步12102工作面回风顺槽正常掘进，12101工作面运输顺槽应自350 m往外顶帮补强支护。

12102工作面回风顺槽掘进引起12101工作面运输顺槽底鼓，12102工作面回风顺槽暂停掘进。运输顺槽可以正常掘进，350 m～430 m段两帮仍需补打锚索。

5.3 12102工作面巷道支护变更

结合12102工作面巷道已掘段巷道变形情况，对其支护变更如下：

1) 12102工作面运输顺槽，顶板由于构造影响，顶板中部存在沿巷道走向裂隙，成型不佳，补打锚索；锚索长度改为6.3 m，直径21.8 mm锚索，3支锚固剂，张拉力不小于200 kN。顶板锚杆支护保持不变。回采侧帮补打锚索，直径17.8 mm，长度4.3 m，3支锚固剂，张拉力不小于180 kN。

2) 12102工作面回风顺槽，非回采侧帮采用全锚索，直径17.8 mm，长度5.3 m，3支锚固剂，张拉力不小于180 kN。自迎头至12101回采面对穿后50 m，非回采侧帮均采用双层网护帮，金属网在里，钢筋网在外。回采侧帮补打锚索，规格要求同非回采侧帮。帮锚杆锚索采用旧皮带作为组合构件。

6 结论

以泰安煤业12102工作面巷道作为研究对象，设计了12102工作面巷道支护方案，并针对该巷道矿压显现严重，提出了二次刷扩和补强支护方案。该研究可以为河东煤田近距离煤层动压影响巷道支护提供一定的技术参考。