相邻工作面回采影响下巷道掘进支护方案优化

杨茂生

(山西煤炭运销集团 神农煤业有限公司，山西 高平 048402)

1 工程概况

山西煤炭运销集团神农煤业有限公司位于山西省高平市神农镇岭东村、陈区镇土堤、藏造、西坡村等一带，距高平市东北约17 km，开采15号煤层，全井田15号煤层共划分为4个采区，分别为一采区、三采区、四采区、五采区。首采区为一采区，一采区可布置3个综采工作面，现正在回采15101工作面，15102工作面两巷正在掘进中，两工作面间的区段煤柱宽度为20 m，两工作面位置关系如图1所示。15号煤层倾角为3～10°，煤层厚度3.6～4.0 m，平均厚度3.79 m，无夹矸，结构简单。顶板为灰质泥岩、K2灰岩；底板为泥岩或粉砂岩。

图1 15101工作面与15102工作面的位置关系

15102运输巷为4.5 m×4.0 m的矩形断面，原设计支护方案为锚网索支护，顶锚杆采用D20 mm×1 600 mm的左旋无纵筋螺纹钢锚杆，锚杆间排距均为1 000 mm，巷道顶板每排布置5根锚杆，其中靠近巷道肩窝处锚杆以75°外扎角进行安设，其余锚杆均垂直巷道表面；顶板锚索采用D17.8 mm×4 200 mm的预应力钢绞线锚索，垂直布置于巷道顶板的中央，排距为3 000 mm；两帮采用D20 mm×1 600 mm的螺纹钢锚杆，每帮每排布置4根，间排距为1 100 mm×1 000 mm，巷道支护示意如图2所示。

受15101工作面回采动压影响，15102运输巷在掘进过程中巷道局部出现鼓出、破碎的现象，顶板出现下沉，部分巷段有垮落现象，围岩变形严重，影响到了巷道的正常使用。

图2 15102运输巷锚杆支护布置(mm)

2 巷道破坏现状及特征

2.1 巷道破坏现状

对15102运输巷围岩的相关力学参数进行了实测，依据15102运输巷的围岩特性和变形破坏现状，将整条巷道划分为三段：

1) 采动影响前。此段开掘较早且离15101回采工作面较远，受掘进和采动影响不大，巷道变形不大，围岩比较稳定，在原支护条件下巷道围岩基本稳定。

2) 受采动影响中。此段巷道位于15102运输巷中段，与15101回采工作面直线距离最短，掘进迎头受到剧烈的回采动压影响，属于采掘交锋段。周围岩层存在一些松软岩层的明显特征，强度低比较破碎，孔隙比较多。这段巷道之前受到巷道采掘的影响以及邻近工作面回采扰动引起的矿压影响，出现一些顶底板破碎、鼓出等现象，但是从整体来看巷道比较完整[1-3]。

3) 受采动影响后。此段巷道属于沿15101工作面采空区掘进段，受动压影响后运输巷地质条件较差，掘巷期间顶板稳定性较差，这直接导致顶板不实，对煤矿的安全生产造成了一定的威胁。

2.2 巷道变形破坏特征

15102运输巷出现了一些松软岩层的特征，且比普通的松软岩层巷道表现的情况更加复杂，展现的破坏特征也比较多。从岩性方面来讲，岩体本身的强度比较低，从外在因素来讲，该运输巷受到邻近巷道施工、采动影响，巷道的一些破坏特征和采动引起的动压强度以及动压发生的时间长短有关系。

2.3 巷道围岩破坏失稳机理

15102运输巷受到邻近15101工作面回采引起的动压影响，周围巷帮原有的应力平衡遭到破坏，恢复原有的应力平衡很困难，破坏之后将产生大量的裂隙，原有的裂隙继续发育，裂隙不断变大，只要一直受到动压影响，这种裂隙扩展就会一直存在，且不断发育，而且随着时间的推移，这种情况会越来越糟。

综上所述，在回采动压影响下，巷道原有支护方式无法保证巷道围岩的稳定，必须对巷道进行补强支护[4-5]。

3 补强支护方案设计

根据巷道实际现场情况，对巷道进行补强支护设计，具体方案为，在原有巷道支护参数基础上进行补强支护，靠近15101工作面一侧巷道顶板和帮部分别补打1根D17.8 mm×5 400 mm钢绞线锚索，补打锚索排距为3 000 mm，顶锚索距离巷帮1 250 mm、帮锚索位于巷帮中心位置，具体如图3所示。

4 围岩控制效果分析

为考察巷道补强支护后围岩控制效果，在工作面前方120 m处建立巷道围岩变形观测站，对巷道顶底板及两帮围岩变形进行观测，观测结果如图4所示。从图4可以看出：

1) 巷道顶底板及两帮的变形量随与工作面距离的缩短而逐渐增加，当掘进迎头与回采工作面相距40～50 m时，巷道围岩出现快速变形，当二者距离为零时达到最大值；

2) 顶板和底板是巷道变形的主要发生部位，其中底鼓变形量最大，占到了顶底板总变形量的79%；两帮也发生了变形，但是变形量相对较小。

图3 运输巷补强支护示意(mm)

图4 巷道围岩变形曲线

5 结 语

15102工作面运输巷与15101工作面回采相向掘进，在15101工作面动压影响下，原支护方案支护强度不够，巷道顶板出现破碎现象，围岩变形严重，通过对巷道进行补强支护后，其最大移近量控制在250 mm之内，说明补强之后巷道内的锚杆锚索起到了应有的主动支护作用，满足了巷道使用要求。