采空区下迎采掘回采巷道支护技术研究

王 涛

（山西煤炭运销集团金达煤业有限公司，山西 孝义 032300）

1 工程概况

金达煤业10402 工作面开采10 号和11 号煤层，煤层平均厚6.14 m，平均倾角4°；直接顶为泥岩和砂质泥岩，基本顶为K2 石灰岩；直接底为泥岩。10402 工作面倾斜长160～174 m，走向长度1266 m，盖山厚度为318～372 m；采用综放开采，采高2.4 m，放煤高度3.74 m；工作面回采区域10号煤层与上部9 号煤层采空区间距为6.9～12 m；9、10 号煤层工作面布置方向互相垂直，如图1。10402 工作面回采区域最大水平主应力9.47 MPa，方向N30.4°W，垂直应力5.53 MPa。

图1 工作面布置图

10402 工作面回风顺槽采用“迎采掘巷[1-3]”的方式沿煤层底板掘进，巷宽4.2 m，巷高2.8 m；在10401 工作面前方留设20 m 保护煤柱，与10401 工作面交锋围岩稳定后，留设煤柱变窄，逐步过渡到6 m 窄煤柱。由于四采区以水平应力为主，且工作面上方有采空区存在，需加强对巷道顶底板的控制[4-5]。

2 支护效果模拟分析

2.1 模拟方案

根据10402 工作面周边开采情况，针对10402回风顺槽位于9 号煤采空区下方和位于9 号煤煤柱下方进行模拟，分析不同条件下工作面前方80 m至后方120 m 的巷道围岩应力分布情况和变形破坏情况。支护方案见表1。

表1 支护参数数值模拟方案表

2.2 10401 工作面回采过程分析

（1）采空区下方

测点位于工作面前方时，巷道围岩塑性区范围随着工作面推进逐渐增大，测点位于工作面后方时则呈现相反规律。工作面前方80～0 m 范围内巷道两帮和顶板破坏深度最大均约为1 m；工作面后方20～40 m，巷道两帮及顶板破坏深度均为1 m；后方60～100 m 范围，巷道靠近煤柱帮围岩破坏深度增大，最大为1.5 m。顺槽围岩垂直应力分布规律与巷道围岩塑性区分布规律相同，工作面前方40 m 以外巷道围岩垂直应力分布趋于稳定；40 m 以内，巷道围岩应力逐渐增大；20 m 以内，巷道围岩应力明显增大。工作面后方顺槽围岩垂直应力主要集中于煤柱靠近采空区侧，最大应力达到28.5 MPa，应力集中系数为2.8。

（2）煤柱下方

测点位于工作面前方时，巷道围岩塑性区范围随着测点与工作面距离的减小而逐渐增大，测点位于工作面后方时则呈现相反规律。在工作面前方80～20 m 范围内，巷道两帮及顶板破坏深度约为1 m，底板破坏深度约为0.5 m；随着工作面的推进，在工作面前方0～20 m 范围内，顶板及两帮破坏范围有所增大，但其破坏深度未发生变化，底板破坏深度增大为1 m；随着工作面推进，工作面后方煤柱下巷道两帮破坏范围进一步增大，约为1.5 m；顶底板破坏范围无明显变化。顺槽巷道围岩垂直应力与采空区下方呈现同样的变化趋势，最大应力约为30.8 MPa，应力集中系数为3.2。

2.3 10402 工作面回采过程分析

（1）采空区下方

10402 工作面回采过程中，在工作面前方80～40 m 时，围岩破坏情况基本不变，巷道左帮破坏深度约为2 m，右帮破坏深度约为1.5 m，顶板破坏深度约为2 m，底板破坏深度最大为1 m；进入20 m 以里时，工作帮破坏深度进一步增加，约为2.0 m，顶底板破坏深度保持不变。顺槽巷道垂直应力在距工作面前方大于60 m 时，几乎无变化；进入60 m以里时，随着工作面推进，顶板应力集中系数越来越大，且不断向煤体深部扩散；在0～10 m 范围内，应力峰值可达31.8 MPa，应力集中系数3.26。

（2）煤柱下方

在工作面前方80～40 m 处时，顺槽围岩破坏情况基本不发生变化，巷帮破坏深度约为1.5 m，顶底板破坏深度约为1 m；进入40 m 以里时，随着距离工作面距离减小，工作帮破坏深度进一步增加，约为2.0 m，顶板破坏深度保持不变。垂直应力分布规律与采空区下方一致，应力峰值达到33.5 MPa，应力集中系数为3.4。

2.4 结果分析

数值模拟分析可知，采空区和煤柱下方顺槽巷道采用相应的支护方案后，10401 和10402 工作面回采过程中，围岩塑性区破坏范围均在锚杆索支护控制范围内，支护方案能满足矿井安全生产需求。

3 巷道支护参数

3.1 采空区下顺槽支护参数

顶板锚杆为Φ22 mm×2400 mm 的高强度螺纹钢锚杆，屈服强度335 MPa；采用树脂加长锚固，一支CK2340，一支Z2360；锚杆间距950 mm，排距1000 mm；预紧力矩300 N·m；采用BHW-280-3.00-4100 型W 钢带连接。锚索为Φ22 mm，1×19股预应力钢绞线，长6300 mm；“二·二”布置，每排两根，锚索间距为2000 mm，排距1000 mm；采用三支树脂药卷，两支Z2360，一支CK2340；张拉锁定后预紧力不低于300 kN；锚杆锚索均垂直顶板打设。帮锚杆与顶锚杆规格一致，间距800 mm，排距1000 mm；采用树脂加长锚固，一支CK2340，一支Z2360；配套W 钢护板，宽度280 mm，长度450 mm，厚度4 mm；采用规格为2700 mm×1100 mm10#铁丝编织的菱形金属网护帮，网孔规格30 mm×30 mm。支护参数如图2。

图2 采空区下顺槽支护参数图（mm）

3.2 煤柱下顺槽支护参数

煤柱下方顶板锚杆排距为800 mm，其余参数与采空区下方一致；锚索采用“三·二”布置，每排两根，三根锚索时间距为1700 mm，两根锚索时间距为2000 mm，三根锚索与两根锚索之间排距800 mm；采用三支树脂药卷，两支Z2360，一支CK2340；张拉锁定后预紧力不低于300 kN。巷帮锚杆排距为800 mm，其余锚杆支护参数与采空区下方一致；煤柱帮增加锚索支护，采用Φ22 mm，1×19 股预应力钢绞线，“二·一”布置，间距1400 mm，排距1600 mm；双根锚索距离顶底板700 mm，单根锚索距离顶板1300 mm，距底板1500 mm。布置双根锚索时，靠近顶板的一根锚索向顶板倾斜10°，其他锚索垂直巷道帮部打设；采用两支树脂药卷，一支Z2360，一支CK2340；张拉锁定后预紧力不低于200 kN。支护参数如图3。

图3 煤柱下顺槽支护参数图（mm）

4 应用效果分析

采用十字布点对围岩变形进行监测。正常区域巷道顶底最大移近量为96 mm，两帮最大移近量为174 mm；在煤柱下方、构造影响区和围岩破碎区回风顺槽巷道围岩变形相对较大，顶板最大下沉量达到229 mm，两帮最大移近量为472 mm。通过观测可知，回风顺槽巷道围岩变形整体可控，选取的支护参数科学合理，能够满足巷道安全使用要求。

5 结语

通过数值模拟对采空区和煤柱下顺槽巷道迎采掘巷围岩支护效果进行分析，认为煤柱下方采用方案一、采空区下方采用方案二能够有效控制顺槽巷道围岩破坏，支护方案是可行的。现场试验表明，顺槽巷道围岩变形整体可控，支护参数合理，能够满足使用要求。