東榮二礦采動回采巷道圍巖控制技術(shù)

王維維,李鳳儀

(黑龍江科技學院安全工程學院，哈爾濱 150027)

采動回采巷道，是動壓巷道中的一種特殊形式，即在鄰近上層回采工作面開采同時，掘進本層回采巷道，而且回采巷道方向與工作面走向一致，也即常說的頂壓送巷。在《礦井設(shè)計規(guī)范》中，此類回采巷道布置形式是不允許出現(xiàn)的，但是實際生產(chǎn)中，部分礦井為了滿足生產(chǎn)接續(xù)需要等，而不得以才面臨采動回采巷道圍巖控制難題，而且目前國內(nèi)外尚未見專門深入研究的資料報道。東榮礦區(qū)進行過同類巷道的掘進與支護，但巷道圍巖與支護破損嚴重。因此，研究探索采動回采巷道圍巖控制技術(shù)，是保證這類礦井正常生產(chǎn)的技術(shù)保障。

1 東榮二礦采動回采巷道布置及破壞情況

1.1 東榮二礦采動回采巷道布置

東榮二礦在南二下延采區(qū)16#煤層回采同時，掘進17#煤層回采巷道，形成采動回采巷道布置形式(圖1) 。圖1目前變形破壞嚴重已失去使用能力，7面皮帶道正在掘進中。

圖1 東榮二礦采動回采巷道布置

1.2 原有采動回采巷道破壞情況

通過對原有采動回采巷道破壞形式進行現(xiàn)場寫實，總結(jié)出其破壞形式有以下幾點：

①巷道兩幫嚴重開裂、煤體脫落，大部分幫錨桿失效；②頂板巖石破碎、下沉甚至垮落，部分錨桿折斷，大部分金屬鋼梁被壓彎，過度變形失去支護作用；③巷道圍巖破壞順序為圍巖局部弱結(jié)構(gòu)破壞(主要表現(xiàn)為兩幫局部煤體脫落以及頂板局部破碎)、頂板的撓曲下沉破壞、兩幫進一步破壞、底板底臌、巷道圍巖大變形，進而巷道整體破壞；④巷道斷面縮小率可達50%，頂板裂隙中有采空區(qū)積水滲出。

2 采動回采巷道圍巖應(yīng)力分布特征

通過支承壓力在底板中的傳播規(guī)律的分析及巷道掘進引起的圍巖應(yīng)力分布特征的分析，結(jié)合巷道圍巖變形特征，可以得出上鄰近層采動影響下回采巷道圍巖應(yīng)力分布，特征如下：

①本層巷道圍巖受雙重支承壓力的疊加作用，圍巖應(yīng)力十分復雜，且隨著工作面的推進呈現(xiàn)動態(tài)疊加性。②巷道圍巖在復雜應(yīng)力作用下，圍巖變形活動亦呈現(xiàn)雙重作用，即在本層巷道支承壓力作用時圍巖產(chǎn)生變形活動，而受上鄰近層采動影響時圍巖又將產(chǎn)生新的變形活動，因此圍巖變形活動極不穩(wěn)定。

3 采動回采巷道圍巖控制技術(shù)研究

采動回采巷道圍巖控制，首先應(yīng)遵循動壓巷道圍巖控制的原則，即提高圍巖殘余強度的原則、充分發(fā)揮圍巖承載能力的原則和巷道圍巖弱結(jié)構(gòu)控制的原則。在遵循以上原則基礎(chǔ)上，結(jié)合采動回采巷道圍巖應(yīng)力分布特征，總結(jié)提出采動回采巷道圍巖與支護體系應(yīng)具備如下特征：

①通過錨索等支護方法，增加圍巖與支護體系空間尺寸，應(yīng)對應(yīng)力疊加可能形成更大范圍極限平衡區(qū)的礦壓作用；②增加錨桿支護密度，以錨桿、鋼帶、金屬網(wǎng)、噴注漿等支護方法，增加圍巖與支護體系整體柔度和抵抗劇烈活動的能力；③跟隨移動支承壓力嚴重影響區(qū)段，增設(shè)以液壓單體支柱為主的高強可縮的臨時加強支護。

在動壓巷道圍巖控制原則及保證采動回采巷道圍巖與支護體系特征的基礎(chǔ)上，結(jié)合東榮二礦原有采動回采巷道圍巖控制方案，最終可確定上鄰近層回采同時，本層掘進回采巷道圍巖控制方案為：錨、網(wǎng)、索、帶、噴聯(lián)合支護，在支承應(yīng)力影響區(qū)增設(shè)以液壓單體支柱為主的臨時加強支護。

4 工業(yè)實驗及效果分析

4.1 工業(yè)實驗

為了驗證采動回采巷道圍巖控制技術(shù)的可行性及合理性，在東榮二礦南二下延17#煤層7面皮帶道中，選擇了有代表性的(巷道掘進由不受采動影響到受采動影響)200 m巷道進行現(xiàn)場工業(yè)試驗，經(jīng)過參數(shù)計算得出的支護方案如圖2、圖3所示。

圖2 采動回采巷道支護方案示意圖

圖3 加強支護方案示意圖

4.2 巷道圍巖變形觀測

在實驗巷道內(nèi)，隨巷道掘進同期進行了巷道圍巖收斂觀測，巷道圍巖應(yīng)力觀測及支護質(zhì)量監(jiān)測監(jiān)督。經(jīng)過近1個月的工業(yè)實驗，分析所得巷道圍巖變形曲線如圖4所示。

4.3 效果分析

從圍巖變形觀測記錄分析曲線中可以看出，巷道圍巖變形在預定指標內(nèi)，說明了巷道在形成后1個月內(nèi)圍巖保持穩(wěn)定，與8面下料道在同段時間內(nèi)的破壞對比非常明顯。通過對比足以說明，設(shè)計支護方案可以有效控制圍巖變形，即東榮二礦上鄰近層采動影響下，回采巷道圍巖控制技術(shù)得以成功，且可在以后該礦此類巷道圍巖控制中繼續(xù)發(fā)揮作用。

圖4 巷道圍巖變形觀測曲線圖

5 結(jié)論

(1)提出的以液壓單體支柱為主的臨時加強支護，既具有較大的支承強度，又具有較好的可縮性，同時可作為移動加強支護隨支承壓力的移動而移動。

(2)實驗巷道經(jīng)歷了16#煤層回采工作面采動及同期掘進雙重影響，較好地保持了巷道圍巖與支護系統(tǒng)整體穩(wěn)定性，減緩采掘接續(xù)緊張問題，避免了反復進行巷道修復及維護帶來的各種消耗和損失。

(3)實驗結(jié)果證實，研究提出的16#煤層回采

同期掘進17#煤層回采巷道的圍巖控制技術(shù)，基本解決了東榮礦區(qū)上鄰近層采動同時，掘進本層回采巷道的圍巖控制技術(shù)難題。同時，通過工業(yè)試驗，提升了雙鴨山礦區(qū)科技水平，培養(yǎng)了現(xiàn)場工程技術(shù)人員的科研意識及能力，從而對地區(qū)經(jīng)濟社會發(fā)展進步起到了積極推動作用。

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