极近距离煤层下分层回采巷道支护技术研究

极近距离煤层下分层回采巷道支护技术研究

摘要：基于极近距离下煤层复合顶板回采巷道压力大、巷道维护困难、翻修率高的问题，提出了下煤层回采巷道采用内错布置形式，确定了不同层间距极近距离下煤层回采巷道的分段支护、联合支护方案。这对极近、近距离煤层下分层掘进工作面的支护具有重要的应用和参考价值。

关键词：回采巷道分段支护联合支护复合顶板

汶南煤矿位于山东省新泰市汶南镇境内，井田位于新汶煤田东部边缘，北距新泰市12km，行政区划属新泰市汶南镇管辖。经多年开采，现+60m、-120m、-300m水平已结束。现生产采区为-550m水平十四采区，采区现主要开采十三、十四、十五煤层，其中十四与十五煤层平均层间距 3.0m。极近距离煤层是指井田开采范围内相邻两煤层的层间距离很近，且开采时相互间具有显著影响的煤层。由于煤层间距极小，下煤层开采前顶板的完整性已受到上覆煤层开采的损伤破坏，且因受上覆煤层开采残留的区段煤柱在底板（即下煤层的顶板）形成集中应力影响，使得极近距离下煤层回采巷道的合理布置及支护成为生产中的一个突出问题，其主要表现为：回采巷道掘进时支护困难，回采期间受采动影响巷道返修率高，甚有可能造成人员伤亡和重大经济损失。汶南煤矿隶属山东恒丰矿业集团有限公司，属新泰市地方国有企业。

1、回采巷道位置确定

1.1 下煤层回采巷道布置方式

（1）重叠式布置。下煤层与上煤层回采巷道在平面上重叠布置，上下煤层工作面等长，这样可以使上下煤层之间区段煤柱一致，煤损较少、采出率较高，但下煤层回采巷道施工带来困难，巷道维护工作量大。（2）内错式布置。下煤层回采巷道布置在上层工作面内侧，区段之间形成正梯形煤柱；由于区段煤柱宽度加大，下煤层工作面长度也随之缩短，但是下煤层回采巷道在残留区段煤柱边缘形成的应力降低区下掘进，可提高巷道掘进速度、保证回采工作面的正常接替。（3）外错式布置。下煤层回采巷道布置在上煤层工作面的外侧，区段煤柱形成倒梯形，煤柱宽度减小，下层工作面长度加大，可提高煤炭的采出率；但下煤层回采巷道位于上煤层区段煤柱应力增高区下，巷道掘进维护困难。

基于以上原因，下煤层回采巷道布置方式采用内错式布置。

1.2 下煤层回采巷道合理错距

根据矿山压力在底板岩层中的传递规律：上煤层区段煤柱对底板的应力分布有很大影响，应力集中程度最高的地方发生在煤柱下方，向采空区发展则应力集中程度迅速降低；底板的应力分布具有明显的非均匀特征，对于同一水平面上的底板而言，离煤柱越近则应力不均衡程度越大，远离煤柱则应力不均衡程度变小，应力分布状态越趋于缓和、均匀。

得到支承压力峰值区至煤柱边缘的距离，是合理确定煤柱宽度、正确选择巷道位置的主要依据。因此，为便于巷道维护，下煤层工作面巷道必须布置在支承压力影响线之外，才能避开上煤层区段煤柱支承压力的影响，即下煤层区段巷要与上煤层区段煤柱错开一定的距离。

2、回采巷道支护方法选择

2.1 锚杆锚索支护作用机理

自20世纪80年代我国开始推广锚杆支护技术，目前锚杆（锚索）支护技术

已日渐成熟，成为我国煤矿巷道主要支护方式。锚杆的作用是悬吊下部松软岩层，组合层状岩层提高岩梁的抗弯曲能力并减小挠度，在杆体两端将形成连续、均匀挤压加固拱并承受其外部荷载，阻止破碎岩块掉落并控制锚固区围岩离层、滑动、裂隙张开、新裂纹产生等扩容变形与破坏、抑制围岩弯曲变形、拉伸与剪切破坏、提高锚固区围岩整体强度、在破坏区内形成强度较大的次生承载层并阻止其上部破坏岩层进一步扩容和离层，改善围岩深部应力分布状态。

钢带和网的作用基本相同，其作用是抑制表层破碎岩块掉落、提高表层岩石强度，是顶板结构形成整体的基础，通过钢带（网）实现了锚杆预应力的有效扩散，让锚杆形成的有效压应力区沿钢带长度（网延伸）方向上扩大；在顶板表面附近，使锚杆形成的有效压应力区彼此相互连接、形成有效连续的压应力带，提高对锚杆之间围岩的支护作用，使支护系统的整体支护效果明显改善。锚索主要作用是挤压岩层中的弱面，增加其摩擦力，从而提高围岩整体强度；将不稳定的复合顶板（或松动圈内的围岩）悬吊到上部稳定的岩层中，实现更大范围的悬吊、挤压、锚固，改变围岩深部的应力分布状态。将锚杆支护形成的次生承载层与围岩关键承载层相连，从而发挥深部围岩的承载能力，使更大范围内的岩层共同承载，提高次生承载层及支护系统的整体稳定性。

2.2 支护方法选择

对于极近距离下煤层顶板多为复合顶板，下煤层回采工作面平巷的围岩受到上煤层回采工作面的采动影响，巷道容易产生塑性破坏，通常单一的支护形式难以满足巷道支护的要求、巷道翻修率高或维护困难。下煤层回采巷道除了要选择合适的巷道布置位置外，还需要加强支护。故提出联合支护和分段支护方案：在巷道掘进时先采用锚杆支护作为一次支护，再用锚索（吊挂工字钢梁）或棚式支护进行二次补强支护；针对不同岩性、厚度的顶板采取不同的支护方式。具体做法是：若上覆为采空区，层间距在4m以下时，采用锚网钢带进行一次支护，工字钢棚进行二次支护的联合支护方式；若上覆为实体煤、或上覆为采空区但层间距在4m以上时，采用锚杆钢带进行一次支护，锚索或锚索吊钢梁进行二次支护的联合支护方式；当层间距达到6.5m以上或上覆为实体煤时，采用锚杆钢带进行一次支护，锚索进行二次支护的联合支护方式。

3、结语

（1）极近距离下煤层复合顶板回采巷道采用内错式布置，即回采巷道布置在上覆残留区段煤柱边缘形成的应力降低区；错距合理时，支护较为容易，为安全开采创造了条件。（2）对于不同层间距、不同岩性、不同分层厚度的极近距离下煤层复合顶板，采用分段支护方法，可有效地节省支护材料、加快施工速度、减少巷道的维护工程量。（3）对极近距离下煤层复合顶板，采用锚杆钢带或锚网钢带及时进行一次支护，较好地控制了顶板离层、变形，顶板下沉量较小；采用工字钢棚、锚索或锚索吊钢梁滞后进行二次补强支护，不仅可以释放部分围岩内部应力、节约支护成本，而且巷道基本不用翻修，为安全、高产高效生产奠定了基础。

参考文献

[1]钱鸣高，刘听成.矿山压力及其控制[M].北京：煤炭工业出版社，1991.

[2]董方庭，等.巷道围岩松动圈支护理论及应用技术[M].北京：煤炭工业出版社，2001.