荆志星

(沈阳焦煤鸡西盛隆矿业有限责任公司鸡东煤矿，黑龙江 鸡西 158100)

1 前言

薄煤层属于难采煤层，覆存条件差、地质条件复杂，开采成本相较于中厚煤层高[1-2]。薄煤层巷道支护也是一项难题，如果支护强度较低，围岩易发生变形破坏，影响巷道的稳定性；如果支护强度较大，则又会影响经济效益，造成吨煤成本高[3-4]。为了提高薄煤层产出率和安全性，需要对巷道掘进后矿压显现规律进行研究分析，提出合理的支护方式及参数，既要保证工作面回采的安全性，又要减小开采的经济成本，对相似地质条件工作面安全回采具有重要意义[5-6]。

2 工作面概况

7301工作面位于730采区，工作面标高-340～-375mm。南距7302胶带巷道最近距离90m；以东为南部胶带集中巷及轨道集中巷，无掘进活动。工作面主采3煤层，平均厚度1.36m，平均倾角9°。直接顶为厚3.20m泥岩，基本顶为厚7.48m粉砂岩，直接底为厚4.67m泥岩，基本底为厚2.87m细砂岩。工作面共揭露7条断层，落差在3～30m，均处工作面边缘位置，对工作面回采影响程度较小。

3 矿压显现规律观测分析

3.1 观测方案

采用钻孔应力计监测巷道支承压力，在7301工作面运输巷超前30m和60m处分别向上帮煤体打2组超前钻孔，观测工作面支承压力分布规律，每组5个钻孔，间距为1m。其中，超前30m位置孔深依次为1m、2.5m、4m、5.5m、7m；超前60m位置孔深依次为1m、3m、5m、7m、9m。

采用“十字布点”法监测巷道围岩变形量，在7301工作面运输巷超前20m布置3个间距为20m的监测点，观测巷道围岩变形规律。图1所示为7301工作面监测点布置示意图。

图1 7301工作面监测点布置示意图

3.2 应力观测结果分析

1)超前支承压力

通过钻孔应力计监测分别得到超前工作面30m(1～5#测点)和60m(6～10#测点)处支承压力分布，具体如图2、图3所示。

图2 超前30m处支承压力分布图

由图2可知，随着7301工作面向前推进，超前工作面25m以外范围内支承压力相对稳定，变化幅度小；超前工作面25m以内范围内支承压力变化幅度相对较大。而在超前工作面5m范围内，1#和2#钻孔应力逐渐减小，主要是由于孔深小，距巷道自由面近，该区域煤体出现塑性变形破坏。由此可知，工作面超前25m范围内工作面受采动影响，煤体应力变化相对较大。因此，工作面超前支承压力影响范围为25m。

图3 超前60m处支承压力分布图

由图3可知，随着7301工作面向前推进，超前工作面30m以外范围内支承压力相对稳定，变化幅度小；超前工作面30m以内范围内支承压力变化幅度相对较大。而在超前工作面10m范围内，6#钻孔应力大幅度减小，表明该区域已经出现塑性变形破坏。由此可知，工作面超前30m范围内工作面受采动影响，煤体应力变化相对较大。因此，工作面超前支承压力影响范围为30m。

根据超前工作面30m和60m处，不同推进距离支承压力分布规律可知，7301工作面受采动影响范围为超前25m左右，煤壁向内深1～2.5m范围内出现塑性变形破坏。

2)侧向支承压力

通过钻孔应力计监测分别得到4个时间点，不同深度侧向支承压力分布图具体如图4所示。

图4 侧向支承压力分布图

由图4可知，7301工作面回采后煤体不同深度侧向支承压力呈抛物线分布，煤体深4m左右位置侧向支承压力达到峰值，煤体深6m以外范围侧向支承压力减小至原岩应力，基本不受采动影响。

3.3 围岩变形观测结果分析

采用“十字布点”法设置3个监测点监测7301工作面运输巷围岩变形量，监测结果如图5、图6、图7所示。

图5 1#点监测围岩变形量

图6 2#点监测围岩变形量

图7 3#点监测围岩变形量

由图5至图7可知，采用3个测点监测运输巷围岩变形量时，顶板下沉量相对较小，最大顶板下沉量为29mm，最大下沉速率为3.6mm/d；最大两帮移近量为60mm，最大移近速率为8.9mm/d，变形量仅占两帮宽度的2%左右；最大底鼓量为40m，最大变形速率为10mm/d，通常只有当底鼓量大于200mm时，才会对工作面生产和安全造成影响。因此，不需要专门制定防治措施治理底鼓。

由图可知，动压对围岩变形量为25m左右，和超前支承压力监测结果基本相同。超前工作面7～15m内，围岩变形量增幅较大，该区域为超前应力集中区域。7301工作面运输巷围岩变形量相对较小，表明原有的支护方式能够有效提高巷道承载能力，保证巷道稳定性。

4 巷道支护技术

7301工作面超前支承压力影响范围为25m左右，侧向支承压力为6m左右，巷道原有采用锚网索和注浆加固支护方式防治围岩变形。

4.1 锚网索支护

运输巷顶帮采用锚网索支护的方式，根据工作面地质条件和顶板完整性，分别确定回采巷道锚杆、锚网、锚索支护的参数，具体见表1。

表1 锚网索支护参数

为了提高锚杆支护后所形成承载结构的稳定性，需要在运输巷锚杆之间采用φ14mm的圆钢焊制的钢筋梯子梁连接，进一步提高支护的强度。

4.2 注浆加固

7301工作面运输巷超前影响区域两巷在锚网索支护的基础上，采用注浆黏聚破碎围岩裂隙，减小松动圈，提高围岩的刚度和抗剪强度。采用注浆锚杆施工，将注浆孔与锚杆合二为一。选用QB152型便携式注浆泵，注浆液采用高水速凝材料，分别顶板和两帮分别布置注浆钻孔。根据运输巷围岩的性质，确定巷道注浆参数，具体见表2。

注浆管采用小于钻孔半径的钢管，注浆压力为5MPa以上。当注浆完成后，使用袋式封孔方式快速封孔，保证注浆液能够深入到岩层裂隙，黏聚破碎围岩裂隙，达到提高围岩的刚度和抗剪强度目的。

表2 7301工作面运输巷注浆加固参数

5 结论

(1)以7301工作面为研究对象，通过在超前30m和60m打两组钻孔监测支承压力分布规律，采用“十字布点”法布置3点监测巷道围岩变形量。根据应力监测结果可知，工作面超前支承压力影响范围25m左右，煤壁向内深1～2.5m范围内出现塑

性变形破坏。侧向支承压力在煤壁深4m左右位置达到峰值，6m以外范围基本不受采动影响。

(2)根据位移监测结果可知，围岩变形范围为超前工作面25m左右，巷道围岩变形量相对较小，最大顶板下沉量、两帮移近量和底鼓量分别为29mm、60mm和40m，原有的支护方式有效减小围岩变形。巷道原采用锚网索和注浆加固支护方式控制围岩变形，分别设计了锚网索支护和注浆参数，保证巷道稳定性。