近距离煤层下采上掘动压影响巷道支护技术研究

杨张杰 王庆牛

(安徽省煤炭科学研究院，安徽省合肥市，230001)



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近距离煤层下采上掘动压影响巷道支护技术研究

杨张杰 王庆牛

(安徽省煤炭科学研究院，安徽省合肥市，230001)

为解决潘一矿东区1262(3)工作面两巷掘进期间受其下方正在回采的1242(1)工作面采动影响的巷道支护难题，根据潘一矿1262(3)工作面的工程地质条件，分析动压巷道支护的影响因素和支护对策，并提出一种联合分步支护方案。工程实践表明，该方案有效地控制了巷道围岩变形，取得了良好的支护效果。

下采上掘 动压影响 近距离煤层 支护技术

近距离煤层开采时，根据各煤层群开采顺序可分为下行式开采和上行式开采两种，先采上部煤层后采下部煤层称为下行式开采，反之称为上行式开采。因瓦斯治理开采保护层的需要，常采用上行式开采方法。此种开采方法虽然对瓦期治理有利，但下部煤层开采后，上部煤层处于蹬空状态。若上下位岩层间距较小，会破坏上部煤层围岩结构，致使上组煤层顶底板断裂、破碎、陷落、压力增大，使煤层稳定性遭到破坏，从而给上组煤层回采巷道的维护造成极大困难。当下组煤层工作面正在回采时，下组煤层的上覆岩层运动仍处在剧烈活动期内，上组煤层回采巷道围岩控制难度加大，矿压显现剧烈。本文以潘一矿东井1262(3)综采面巷道为工程背景，针对该巷道掘进期间由于受其下方的1242(1)工作面的采动影响而难以支护的问题，在分析了巷道支护的影响因素和支护对策的基础上，提出了锚杆锚索联合分步支护方案，有效地控制了巷道围岩的变形，并通过现场观测总结了巷道变形的规律。

1 工程概况

潘一矿为高瓦斯矿井，由于瓦斯治理的需要，采用上行式开采方法。1262(3)工作面为潘一矿东区13#煤层首采工作面，直接顶以泥岩为主，泥质结构，岩石性脆，老顶以中细砂岩为主，中细粒结构，钙质胶结，直接底以砂质泥岩为主，砂泥质结构，岩石性脆。1262(3)工作面标高为-687.3 m～-726.8 m，地面标高为+21.9 m～+22.5 m。1262(3)及其他工作面位置关系如图1所示，1262(3)运输巷内错1252(1)采空区15 m布置，轨道巷内错1252(1)采空区65 m布置，在1262(3)两巷掘进过程中，其下部邻近的1242(1)工作面正在回采。

图1 1262(3)工作面位置关系图

2 巷道支护影响因素分析

根据1262(3)工作面地质资料分析，认为影响1262(3)工作面两巷围岩稳定的主要因素有以下4点：

(1)巷道受强动压影响。由于1262(3)工作面区域范围内11#和13#煤层间距仅70 m左右，而1252(1)工作面停采不到1年时间，并且其邻近的1242(1)工作面在1262(3)轨道巷掘进时正在掘进回采，因此其上覆岩层、特别是轨道巷上覆岩层在巷道掘进过程中仍处在剧烈活动期内。

(2)巷道处在拉应力与压应力的转折端，巷道呈现不均匀沉降，支护体易受剪切破坏。由于1262(3)运输巷内错1252(1)采空区15 m布置、轨道巷内错1252(1)采空区65 m布置，而上述区域均处在1252(1)采空区顶板弯曲下沉拉伸应力区内，将造成巷道水平应力增大，使支护体易受剪切破坏。

(3)巷道埋深大，深井矿压显现特点突出。1262(3)工作面平均埋藏深度超过720 m，原岩应力高，以致巷道围岩稳定性差，并且巷道围岩变形具有明显的时间效应、空间效应、易受扰动、易受冲击等深井矿压显现特点。

(4)顶板砂岩层含水。当顶板有裂隙、构造或锚索孔通达砂岩层时，顶板淋水，造成顶板泥岩膨胀和强度弱化，泥岩的膨胀变形会在锚索上产生巨大的载荷，同时顶板淋水还会使锚杆和锚索发生锈蚀，降低锚杆和锚索的承载力。

3 巷道围岩支护对策及技术方案

3.1 近距离动压巷道的支护对策

(1)采用锚网索组合支护，有效地实现支护体结构与围岩共同承载。采用组合支护，不仅可以在巷道表面形成整体支护结构，增强了整体支护能力，同时在支护结构实际承载过程中，均衡锚杆锚索的受力，将受力过大的部分载荷传递给受力较小的锚杆和锚索。

(2)改善巷道支护体结构，防止或减缓支护体结构受剪切破坏。为了缓冲顶板岩层的水平错动，避免因槽钢梁与锚索之间产生相互剪切造成锚索破断，顶板槽型钢梁上的锚索孔可以设计为腰形孔。

(3)采取分步支护，有控制地释放巷道围岩的形变压力。由于1262(3)工作面轨道巷在掘进过程中受其下方正在回采的1242(1)工作面的强动压作用的影响，一次支护不能有效控制围岩变形，巷道支护应分步进行，初始支护在保持巷道围岩稳定的前提下，允许围岩有一定的变形以释放压力；隔一定的时间后实施二次支护，保持巷道的长期稳定。

(4)关键部位点柱或木垛加强，巷道受1242(1)工作面回采动压影响期间，巷中架设一排走向单体挑棚，起到承载梁减小跨距的作用，同时对顶板的离层冒落起到直观外显和早期预警作用。

3.2 近距离动压巷道的支护方案

根据潘一矿东区13#煤层的赋存条件，结合强动压巷道围岩的变形特点，1262(3)综采面巷道支护设计分两步实施，即掘进期间的初始支护设计和动压影响期间的加固设计。

掘进期间巷道顶板锚杆锚索采用组合支护，巷道顶板支护结构如图2所示，巷道顶板每排布置7根锚杆5根锚索，锚杆由M5钢带组合在一起。锚杆规格为ø22 mm×2500 mm，锚杆间排距为800 mm×800 mm，锚索由14#槽钢梁组合在一起，槽钢梁位于两根钢带之间，槽钢梁上锚索孔为腰形孔，锚索间排距为1000 mm×800 mm，锚索规格为ø22 mm×7300 mm。巷道帮部支护结构如图3所示，巷道两帮每排均布置5根锚杆，由M5钢带组合一起。高帮锚杆间排距为800 mm×800 mm，低帮锚杆间排距为750 mm×800 mm。由于锚索延伸率小，为了提高锚索适应围岩大变形的需要，在顶板锚索外锚段钢托板上放置让压木垫板，可使锚索具有较好的抗顶板冲击载荷和提高锚索适应围岩变形的能力。在巷道受动压影响前，在巷道两帮各布置一排走向槽钢组合锚索，帮部锚索距巷道底板距离为1500 mm，为了提高巷帮锚索的整体支护作用，锚索由14#槽钢梁组合在一起，采用2.6 m长的槽钢梁沿巷道走向连续布置，相邻槽钢之间锚索间距不大于800 mm，巷帮锚索规格为ø22 mm×4300 mm。在巷道掘进工作面距1242(1)回采工作面100 m及1242(1)工作面采后300 m动压影响期间内，在1262(3)轨道巷道巷中位置施工一排走向单体挑棚补强加固。

图2 巷道顶板支护方案图

图3 巷道帮部支护方案图

4 现场试验

为了监测动压影响下采用该方案的1262(3)轨道巷实施加固支护后的效果，对巷道采用了十字布点法进行了表面位移监测，以分析围岩是否达到了稳定状态，巷道位移监测包括两帮相对移近量和顶底板移近量两项内容。本文以1#测点为例，其围岩变形量与工作面推进距离关系如图4所示。

图4 1#测点围岩变形量与工作面推进距离关系图

由图4可以看出，1#测点离1242(1)工作面平均距离为255 m，当1#测点距1412(1)工作面160 m时，巷道围岩变形开始缓慢增加；当1242(1)工作面采过1#测点距离约20 m时，巷道围岩变形开始急剧增加；当工作面采过测点约180 m后，巷道围岩变形相对减缓，但仍以一定速度变形；当工作面采过测点约350 m后，1412(1)上覆岩层运动趋于相对稳定状态，上覆岩层中的巷道围岩变形也进一步趋于平缓至相对稳定状态，此时巷道顶底板移近量为1170 mm(底鼓量为955 mm，顶板下沉量为215 mm)，两帮移近量为755 mm，巷道断面满足使用要求。

5 结语

(1)由于瓦斯治理需要和矿井接替紧张等因素，煤矿生产中形成下采上掘的态势，对于上层煤层中的巷道的掘进和维护带来了极大的影响。

(2)潘一矿1262(3)轨道巷道的工程实践表明，近距离下采上掘动压影响巷道采用上述支护方案进行支护和加固能够有效地控制住巷道的变形，满足安全生产需要。

(3)1262(3)轨道巷受其下1242(1)工作面回采动压影响范围为：超前工作面160 m至滞后工作面约350 m；剧烈影响范围：超前工作面20 m至滞后工作面150 m。

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(责任编辑 陶 赛)

Study on support technology of roadway affected by dynamic pressure with lower layer mining and upper layer excavation

Yang Zhangjie，Wang Qingniu

(Anhui Academy of Coal Science, Hefei, Anhui 230001, China)

In order to solve support problems of roadway affected by dynamic stress with upper lay excavation and lower layer mining production in Panyi Mine, according to project geological condition of No. 1262(3) work face in Panyi Mine, the influential factor of dynamic stress roadway support and support measures were analyzed, and a reinforcement scheme was proposed. Field experiment result showed that the combined step-by-step support scheme could effectively prevent roadway deformation, and favorable support effect was achieved in application.

lower layer mining and upper layer excavation, dynamic stress effect, contiguous seams, support technique

杨张杰，王庆牛 . 近距离煤层下采上掘动压影响巷道支护技术研究 [J]. 中国煤炭，2017，43(4)：62-64，74. Yang Zhangjie，Wang Qingniu . Study on support technology of roadway affected by dynamic pressure with lower layer mining and upper layer excavation [J]. China Coal，2017，43(4)：62-64，74.

TD324

A

杨张杰(1963-)，男，安徽怀宁人，副研究员，安徽省煤科院副总工程师，长期从事深井软岩巷道围岩控制技术方面研究工作。