郭伟锋

（山西省孝义市自然资源局，山西 孝义 032300）

1 工程概况

汾西矿业集团正令煤业位于山西省吕梁市孝义市柱濮镇上令狐村，目前矿井主采煤层为2#煤层。2#煤层位于山西组中部，为稳定全区可采煤层。2#煤层平均厚度1.3 m，煤（岩）层倾角0°～15°，平均10°，2#下煤层平均厚度0.7 m，夹矸平均厚度0.8 m。夹矸为灰褐、深灰色泥岩，硬度较低。煤层结构为1.3 m+（0.8 m夹矸）+0.7 m，属结构简单的稳定可采煤层。如表1所示，2#煤煤层顶板为灰褐、深灰色泥岩及灰白色、白色细砂岩，2#下煤层底板为灰褐、深灰色泥岩及灰白色、白色细砂岩。

表1 煤层顶底板岩性

根据本井田地质资料及实际揭露情况显示，本井田煤层属于一个向斜构造。该向斜构造将内岩层断裂构造发育，因此本煤层回采巷道掘进期间预测会遇到多条断层，大小不等，对过断层期间的巷道支护提出了更高的要求。目前已回采工作面揭露断层情况如表2所示。

表2 断层揭露情况

2 数值模拟分析

由于工作面回采后，原有应力分布发生变化，对巷道围岩的稳定性影响很大［1-5］，因此，为制定更加合理的回采巷道支护方案，需对采场垂直应力分布进行分析。借助FLAC3D数值模拟软件建立模型，煤层及顶底板岩层物理力学参数如表3所示。

表3 煤层及顶底板岩层物理力学参数

为更好地了解过断层时采场覆岩的垂直应力分布情况，同时构建无断层正常回采工作面，对比分析回采工作面在有、无断层两种工况条件下开挖至同一水平位置，垂直应力分布如图1所示。

图1 垂直应力分布情况

如图1所示，当无断层时工作面回采后，采空区上覆岩层因失去支撑，导致应力向周边实体煤位置转移，并在工作面前方15 m范围内形成应力集中，这是工作面超前支承压力形成的主要原因。当有断层工作面回采后，不仅在工作面位置出现了应力集中区域，在断层位置也出现了应力集中区域，由于受工作面回采的影响，断层位置应力场明显发生变化，因此有断层工况条件下应力影响范围远大于无断层工况条件，工作面回采过程中，巷道围岩受应力影响范围也更广。当工作面通过断层后，随着距离断层越来越远，断层对采场应力分布的影响也越来越小，两种工况条件下应力分布逐渐相近，仅在工作面前方形成应力集中区域，对巷道围岩稳定的影响也随之降低。

3 支护方案

图2 巷道支护方案

根据前述分析结果，为保证巷道围岩的稳定，拟定在距离断层前后50 m范围内，对巷道进行补强支护，其余地段由于巷道围岩受断层影响较小，仍采用矿井同一煤层其他工作面的支护方案，正常支护方案如图2所示。

当工作面距离断层前后50 m范围内时，在工作面回采过程中，巷道围岩受断层影响较大，为保证巷道围岩的稳定性，对此范围内巷道进行补强支护。巷道补强支护方案如图3所示，顶板锚杆选用ϕ22 mm×2 400 mm的高强锚杆，间排距为600 mm×600 mm，锚索规格为ϕ21.6 mm×10 000 mm，间排距为1 200 mm×1 400 mm；帮锚杆选用ϕ22 mm×2 400 mm的高强锚杆，间排距为600 mm×600 mm；为保证锚杆（索）的整体支护效果，铺设ϕ6.5 mm的金属网，规格为1 000 mm×2000 mm。

图3 补强支护方案

4 应用分析

为了解掌握补强支护的支护效果，选择在正令煤业1200工作面回采时进行矿压现场监测。考虑到回风巷道设备少，有利于监测仪器的布置及数据采集，因此在1200回风巷布置巷道围岩变形监测点，分别对巷道底鼓、两帮移近量及顶板下沉量进行现场监测；在1200回风巷布置A1、A2、A3三个监测点，监测点间距为80 m，其中A2位于断层影响范围内，A1、A3位于断层影响范围外，现场监测曲线如图4所示。

图4 现场监测曲线

如图4所示，三个测点的底鼓、两帮移近量及顶板下沉量整体变化趋势相似，其变形量速率均呈现先快速增大后逐渐减小，最终趋于稳定的变化特点。其中，A1测点两帮移近量变形量最大值为91.2 mm，顶板下沉量最大值为62.5 mm，底鼓量最大值为142.1 mm；A2测点两帮移近量最大值为45.1 mm，顶板下沉量最大值为42.2 mm，底鼓量最大值为114.3 mm；A3测点两帮移近量最大值为69.4 mm，顶板下沉量最大值为21.5 mm，底鼓量最大值为93.4 mm。现场监测结果显示，三个监测断面的围岩变形量都不大，且巷道围岩最终趋于稳定，表明支护方案合理，可以保证巷道围岩的稳定。

5 结语

以正令煤业2#煤层1200工作面为工程实例，针对2#煤层开采中遇到的断层较多，回采巷道易失稳的问题，对巷道采用数值模拟方法进行了受力分析。根据数值模型分析，针对断层前后50 m范围内拟定巷道补强支护方案，补强支护参数如下：顶板锚杆选用ϕ22 mm×2 400 mm的高强锚杆，间排距为600 mm×600 mm，锚索规格为ϕ21.6 mm×10 000 mm，间排距为1 200 mm×1 400 mm，帮锚杆选用ϕ22 mm×2 400 mm的高强锚杆，间排距为600 mm×600 mm；为保证锚杆（索）的整体支护效果，铺设ϕ6.5 mm的金属网，规格为1 000 mm×2 000 mm。通过对1200回风巷底鼓量、两帮移近量及顶板下沉量进行矿压现场监测，结果表明巷道围岩变形量整体不大，稳定性较好，支护效果良好。