采空区下近距离煤层回撤通道支护技术实践

邢永亮

（国家能源集团乌海能源黄白茨煤矿，内蒙古 乌海 016030）

近距离煤层群开采时，上部煤层回采造成底板裂隙发育，破坏下部煤层围岩完整性。上部煤层回采产生应力集中现象，通过岩层传递到下部煤层，给下部煤层的巷道布置及支护带来了困难[1-5]。

黄白茨煤矿9#煤层和10#煤层层间距较小，020911 工作面回采结束后造成采空区下底板破碎，021005 回撤通道液压支架回撤困难。为此，需要采用新的支护方案，保证液压支架顺利回撤。

1 工程概况

9#煤层与10#煤层间距0.3～20.3 m，平均厚度为3.7 m。021005工作面10号煤层厚度0.65～3.23 m，平均厚度为2.3 m，煤层结构简单。煤层产状走向174°，倾向84°，倾角3°～13°，平均倾角7°。直接顶为泥岩、粉砂岩，厚度0.5～4 m，无基本顶；煤层直接底为细砂岩，平均厚度21 m。021005 回撤通道宽3 m，高2.8 m，从运输巷开始0～40 m 位于020911 工作面采空区下方，40～80 m 位于空巷和区段煤柱下方，80～216 m 位于实体煤下。021005回撤通道立体关系层位图如图1。

图1 2310 巷片帮煤柱联合支护断面示意图

图1 021005 回撤通道立体关系层位图

由于9#煤和10#煤的层间距为3.7 m，10#煤层顶板受上部9#煤层采动影响，造成10#煤层顶板破碎，使得该煤层顶板极不稳定且难维护。为此，研究回撤通道合理的支护方案和参数，对指导浅埋煤层末采工作面安全回撤具有重要意义。

2 近距离上位煤层采动影响分析

2.1 数值模型建立

采用有限元差分数值计算软件FLAC3D进行模拟，以9#煤层和10#煤层地质条件为原型，分析上煤层工作面回采对021005 回撤通道的影响。建立沿煤层倾向的物理模型，计算模型长×宽×高为250 m×170 m×80 m，在数值模型的上部施加5 MPa的自重均布载荷（模型上部边界埋深200 m），模型底边和左右边界固定。数值模型如图2，岩层材料 力学参数见表1。

图2 数值计算模型图

表1 岩层力学参数表

2.2 近距离煤层采动应力演化规律

为了研究020911 工作面回采过程中回撤通道所处位置的垂直应力和水平应力演化规律，分别取020911 工作面前方0～30 m 进行研究，如图3。

图3 021005 处回撤通道处水平应力与垂直应力云图

由图3 可知，021005 回撤通道围岩应力具有如下特征：

（1）020911 工作面回采过程中，在距离回采工作面前方30 m 时，021005 回撤通道所处位置基本不受扰动影响，垂直应力和水平应力基本保持稳定。

（2）对020911 回采工作面前方20 m 位置研究，发现在021005 回撤通道位置处垂直应力大小变化不明显，均在8～10 MPa，但水平应力大小逐渐增大，其影响范围也逐渐扩大。

（3）对020911 回采工作面前方10 m 位置研究，发现当020911 工作面回采过后，巷道所处位置垂直应力达到峰值为13 MPa，水平应力增大区域影响范围持续扩大。

（4）对020911 回采工作面前方0 m 位置研究，发现021005 回撤通道位置处垂直应力变化不明显，垂直应力变化在2～6 MPa，水平应力区域也基本稳定。

综上，在020911 工作面回采过程中，受020911 工作面的采动影响，煤柱及底板应力重新分布，其中水平应力变化值远大于垂直应力变化值。在021005回撤通道位置处，底板水平应力急剧升高，产生水平应力增高区，随着020911 工作面不断回采，在工作面前方30 m 左右达到峰值，影响范围也达到最大；垂直应力主要受上覆岩层的影响，垂直应力变化不明显，020911 回采工作面前方10 m，垂直应力达到峰值为13 MPa。

2.3 上煤层开采底板破坏深度

根据数值计算结果得出：020911 回采底板最大屈服破坏深度为7.08 m。当煤层层间距小于7.08 m时，10#煤顶板受采动影响处于塑性屈服破坏范围内，需采取破碎顶板控制技术，实现021005 工作面的安全开采。

3 回撤通道注浆加固方案

3.1 注浆方案

回撤通道：运输顺槽至80 m 段加固高度6 m，加固宽度10 m，80 m 至回风顺槽段加固高度7 m，加固宽度8 m，注浆加固具体如下：

（1）距停采线8 m、6 m、4 m、2 m、0 m 时，回撤通道运输顺槽至80 m 段在支架伸缩梁间每隔1 架打设1#钻孔（孔深7000 mm、倾角60°、间距2.7 m），注浆管Φ20 mm 长2.5 m，注浆压力≤2 MPa。

距停采线6 m、4 m、2 m、0 m 时，80 m 段至回撤通道回风顺槽在支架伸缩梁间每隔1 架打设2#钻孔（孔深8000 mm、倾角60°、间距2.7 m），注浆管Φ20 mm 长3.5 m，注浆压力≤2 MPa。

（2）回撤通道施工完成后，施工3#钻孔（孔深6000 mm、倾角90°、间距2.7 m），孔深以钻至9#煤采空区为准，注浆管Φ20 mm 长2.5 m，注浆压力≤2 MPa。

3.2 锚杆索支护方案

采用工字钢梁+单体液压支柱支护方式。回撤通道顶板采用直径20 mm、长2000 mm 的高强度螺纹钢锚杆，间排距为900 mm×1000 mm；锚索采用直径21.8 mm、长9300 mm 的钢绞线，二一二布置，间排距1800 mm×1000 mm。帮部采用直径18 mm、长度为1800 mm 的螺纹钢锚杆，间排距为750 mm×1000 mm。在靠近煤帮处打设两排单体支柱，靠近液压支架处打设一排单体支柱。回撤通道支护断面图如图4、图5。

图4 回撤通道支护断面图（采空区下）

图5 回撤通道支护平面图

4 应用效果

采取加固措施后，采用十字观测法观测，共设置4 个表面位移观测点，同时安装锚杆测力计和顶板离层仪，安排专人观测，观测期为安装之日至回撤通道回撤结束。从观测数据和巷道现场观测状况看，效果十分明显。

注浆加固后，15 d 内巷道表面基本无明显位移，顶板离层量不超过5 mm，表明顶板岩层内未出现大的离层现象，顶板较为稳定，说明破碎顶板通过注浆后，大大提高了顶板的整体性和围岩强度，可以有效控制顶板的变形，维护顶板结构的基本稳定。

5 结语

（1）分析了近距离煤层群下部煤层回撤通道应力演化规律，围岩最大垂直应力约13 MPa，上部煤层回采后底板破坏深度为7 m。

（2）针对021005 工作面回撤通道，提出了注浆+锚杆锚索的顶板加固方案，先多轮循环注浆，再锚杆锚索支护顶板。

（3）现场工业性试验表明，回撤通道围岩稳定，注浆效果达到设计要求，最大围岩变形量≤30 mm，保证了工作面的安全生产。