淺埋煤層回采巷道礦壓顯現(xiàn)與控制的研究

王永強(qiáng)，李志軍,邢平偉，宋選民，付玉平

（太原理工大學(xué)采礦工藝研究所，山西 太原 030024）

淺埋煤層回采巷道礦壓顯現(xiàn)與控制的研究

王永強(qiáng)，李志軍,邢平偉，宋選民，付玉平

（太原理工大學(xué)采礦工藝研究所，山西 太原 030024）

結(jié)合萬利礦區(qū)寸草塔二礦3-1煤層的地質(zhì)賦存狀況與開采技術(shù)條件，研究了長壁工作面回采巷道礦壓顯現(xiàn)規(guī)律，評(píng)價(jià)了現(xiàn)有支護(hù)方案的實(shí)際支護(hù)效果；測(cè)試了巷道的圍巖松動(dòng)圈，積累了支護(hù)設(shè)計(jì)實(shí)測(cè)依據(jù)；并用測(cè)試巷道煤柱支承壓力分布的方法，論證了護(hù)巷煤柱的整體穩(wěn)定性，選擇了煤柱寬度合理參數(shù)；最后采用全新的錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)理論，提出了寸草塔二礦3-1煤層回采巷道優(yōu)化支護(hù)技術(shù)參數(shù)。

巷道礦壓規(guī)律；巷道礦壓顯現(xiàn)；錨桿支護(hù)

1 問題的提出

萬利礦區(qū)煤層資源豐富，屬于神華集團(tuán)正在建設(shè)的大型現(xiàn)代化礦區(qū)，且多為新投產(chǎn)礦井。伴隨著礦區(qū)內(nèi)新建礦井的陸續(xù)投產(chǎn)，萬利礦區(qū)長壁開采的安全高效圍巖控制技術(shù)問題，已經(jīng)提到重要的議事日程。目前，萬利礦區(qū)大功率采煤機(jī)、高阻力液壓支架、大功率工作面刮板運(yùn)輸機(jī)、膠帶運(yùn)輸機(jī)等設(shè)備的使用，為礦區(qū)內(nèi)煤炭資源的安全高效開采奠定了基礎(chǔ)。與此同時(shí)，開采過程中長壁工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律及圍巖控制技術(shù)參數(shù)的選擇問題、超長回采順槽圍巖變形破壞與支護(hù)方式及控制技術(shù)參數(shù)選擇、巷道煤柱合理寬度的尺寸參數(shù)確定，以及礦區(qū)內(nèi)骨干礦井的主采煤層采場(chǎng)頂?shù)装宸诸惡拖锏绹鷰r穩(wěn)定性分類等涉及到安全開采的許多關(guān)鍵問題均需進(jìn)行深入細(xì)致的研究工作，為工程決策提供基礎(chǔ)資料與理論依據(jù)，才能保證萬利礦區(qū)的長期可持續(xù)發(fā)展。

綜上所述，萬利礦區(qū)長壁綜合機(jī)械化開采已在柳塔、寸草塔一礦、寸草塔二礦全面展開，后期也將在萬利最大的布爾臺(tái)格礦投入應(yīng)用，但與其相關(guān)的一系列圍巖控制關(guān)鍵技術(shù)問題，尚未有系統(tǒng)詳細(xì)的觀測(cè)研究和理論探索，對(duì)萬利礦區(qū)長壁開采的內(nèi)在客觀規(guī)律性還沒有深刻認(rèn)識(shí)，更談不到預(yù)先指導(dǎo)綜采工作面的設(shè)計(jì)決策和生產(chǎn)實(shí)踐。所以迫切要求，解決開采生產(chǎn)中遇到的技術(shù)難題，盡早達(dá)到為萬利礦區(qū)煤炭開采生產(chǎn)服務(wù)的目的。

因此認(rèn)為，有必要立項(xiàng)開展萬利礦區(qū)回采巷道礦壓顯現(xiàn)與控制的研究。本文現(xiàn)以寸草塔二礦為例進(jìn)行研究。

2 回采巷道支護(hù)中存在的問題

根據(jù)對(duì)長壁開采工作面的實(shí)踐現(xiàn)狀的詳細(xì)分析，寸草塔礦3-1煤層回采巷道存在的主要問題有：寸草塔二礦3-1煤層采用長壁工作面以來，缺乏巷道礦壓顯現(xiàn)規(guī)律的系統(tǒng)觀測(cè)和對(duì)長距離、大斷面煤巷支護(hù)效果的評(píng)價(jià)；寸草塔二礦3-1煤層回采巷道的圍巖應(yīng)力變化規(guī)律、頂?shù)装遄畲笠平垮^桿支護(hù)參數(shù)等缺乏深入研究;現(xiàn)階段缺乏巷道圍巖松動(dòng)圈測(cè)試實(shí)驗(yàn)，錨桿支護(hù)載荷等參數(shù)的確定采用經(jīng)驗(yàn)類比的方法，因此，寸草塔二礦3-1煤層巷道進(jìn)行的支護(hù)存在盲目性；寸草塔二礦3-1煤層回采巷道現(xiàn)有的支護(hù)形式及相關(guān)參數(shù)，缺乏科學(xué)客觀的評(píng)價(jià)，因此現(xiàn)有錨桿支護(hù)的安全性和經(jīng)濟(jì)性難以保證。

以上問題都需進(jìn)行詳細(xì)的科學(xué)研究，從而提高現(xiàn)有回采巷道的支護(hù)水平，同時(shí)也為礦區(qū)后續(xù)煤層的開采提供參考依據(jù)。

3 試驗(yàn)區(qū)概況

寸草塔二礦3-1煤層工作面的煤層厚度6.15～6.74 m，均厚6.44 m，工作面老頂以細(xì)粒砂巖、砂質(zhì)泥巖為主，直接頂以砂質(zhì)泥巖為主，直接底為砂質(zhì)泥巖為主，老底以粉砂巖、砂質(zhì)泥巖、泥巖為主。工作面煤層底板以寬緩的波狀起伏為主，傾角約為1°～3°，受斷層影響局部達(dá)到7°。隨著工作面推進(jìn)，煤層厚度逐漸變薄，推進(jìn)前方煤層總體呈上坡趨勢(shì)。

4 回采巷道礦壓規(guī)律與支護(hù)技術(shù)研究

4.1 研究方法

采用礦山巖石力學(xué)的理論分析和圍巖松動(dòng)圈范圍的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)相結(jié)合的方法，用以獲得萬利礦區(qū)厚煤層長壁綜采條件下的護(hù)巷煤柱寬度及回采巷道支護(hù)參數(shù)。4.2 研究內(nèi)容

本課題的主要研究試驗(yàn)內(nèi)容有：回采巷道圍巖分類及相關(guān)力學(xué)性質(zhì)分析；對(duì)回采巷道錨桿支護(hù)參數(shù)和煤柱尺寸進(jìn)行理論分析；實(shí)測(cè)回采巷道松動(dòng)圈與煤柱尺寸相關(guān)參數(shù);整理、分析現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行。

對(duì)以上分析結(jié)果匯總，給出寸草塔二礦3-1煤層回采巷道錨桿支護(hù)與煤柱尺寸的合理參數(shù)取值范圍。

4.3 實(shí)測(cè)儀器布置

首采回風(fēng)順槽的礦壓監(jiān)測(cè)測(cè)站及儀器安裝情況，參見圖1。在工作面前方的回風(fēng)順槽中，布設(shè)了巷道礦壓測(cè)站，用于分析巷道穩(wěn)定和支護(hù)的相關(guān)技術(shù)問題。在回采巷道中，共設(shè)置2個(gè)礦壓測(cè)站。采用錨桿測(cè)力計(jì)觀測(cè)錨桿的實(shí)際承受載荷，頂板離層儀監(jiān)測(cè)實(shí)際錨桿支護(hù)條件下回風(fēng)順槽的巖層變形情況，鉆孔液壓枕觀測(cè)工作面前方的支承壓力顯現(xiàn)情況，而位移測(cè)桿即可監(jiān)測(cè)巷道的頂?shù)装鍑鷰r收斂變化，同時(shí)也能配合鉆孔液壓枕分析巷道煤壁前方的超前影響距離。見圖1。

圖1 回采巷道測(cè)試儀器布置圖

5結(jié)論

a.根據(jù)對(duì)寸草塔二礦3-1煤層巷道圍巖力學(xué)性質(zhì)分析，穩(wěn)定性為III類中等穩(wěn)定圍巖[1]。

b.寸草塔礦3-1煤層巷道礦壓實(shí)測(cè)結(jié)論。巷道錨桿載荷的觀測(cè)數(shù)據(jù)分析結(jié)果表明，3-1煤層現(xiàn)有圍巖和回采巷道斷面尺寸條件下，采用預(yù)應(yīng)力錨索對(duì)巷道實(shí)施補(bǔ)強(qiáng)加固支護(hù)措施后，巷道的基本支護(hù)—錨桿支護(hù)載荷穩(wěn)定，支護(hù)強(qiáng)度足夠，巷道圍巖整體上趨于穩(wěn)定，基本能夠滿足安全維護(hù)順槽的要求。觀測(cè)結(jié)果證實(shí)巷道的聯(lián)合支護(hù)布置方式及其支護(hù)強(qiáng)度參數(shù)選擇是基本合適的，巷道圍巖維護(hù)是總體穩(wěn)定，在完善提高的基礎(chǔ)上可以推廣應(yīng)用于今后3-1煤層長壁工作面的巷道支護(hù)設(shè)計(jì)與支護(hù)實(shí)踐?；夭身槻垌?shù)滓平哂衅骄徸兓卣?，頂?shù)灼骄平俣葹?.25 mm/d，說明巷道頂?shù)滓平幱诜€(wěn)定變形階段。兩幫收斂位移變化特征是初期兩幫收斂變形小，綜采面采動(dòng)影響期間收斂變形顯著，且比頂?shù)装逡平冃未?，主要原因是兩幫無錨桿維護(hù)。通過對(duì)回采巷道圍巖位移的觀測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析，證明錨桿支護(hù)的技術(shù)參數(shù)是可行的[2]。

c.寸草塔礦3-1煤層巷道煤柱寬度的合理參數(shù)：經(jīng)計(jì)算分析長壁開采條件下，20 m為合理的巷道煤柱寬度。這個(gè)寬度和巷道煤柱初步設(shè)計(jì)參數(shù)一致[3]。實(shí)測(cè)表明寸草塔礦3-1煤層超前采動(dòng)影響距離為10 m～15 m，根據(jù)這一數(shù)據(jù)今后3-1煤層回采巷道的超前支護(hù)距離可按15 m設(shè)計(jì)，以減少支護(hù)工作量與支護(hù)時(shí)間。

d.寸草塔礦3-1煤層巷道錨桿支護(hù)的優(yōu)化參數(shù)[7]：巷道基本支護(hù)-錨桿支護(hù)參數(shù):頂板采用錨桿+菱形金屬網(wǎng)+鋼筋梁+錨索的聯(lián)合支護(hù)形式，兩幫不支護(hù)。巷道頂板錨桿支護(hù)參數(shù)為：錨桿間排距0.8 m×1.0 m，采用矩形布置,每排5根錨桿，錨桿規(guī)格Φ18 mm×l 800 mm，材質(zhì)普通A3圓鋼，采用Z23350樹脂藥卷1卷。鋼筋梁由Φ16 mm鋼筋焊接而成，規(guī)格為3.5 m×150 mm。菱形金屬網(wǎng)選用10號(hào)絲金屬網(wǎng)，網(wǎng)孔規(guī)格50 mm×50 mm，網(wǎng)片的尺寸規(guī)格為4000 mm×2000 mm。巷道錨索支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)：巷道采用索孔為Φ23 mm的1～7Φ15.24mm錨索，巷道中按照排距3 m、間距2 m的格式每排布置2根錨索；采用6.5 m錨索，錨索外露0.2 m；選用Z23500樹脂錨固劑，每孔3卷。

寸草塔礦3-1煤層回采巷道礦壓規(guī)律與錨桿支護(hù)技術(shù)的研究成果，對(duì)萬利礦區(qū)類似地質(zhì)條件下完善其回采巷道圍巖的安全控制技術(shù)，提高支護(hù)設(shè)計(jì)水平，具有重要的工程實(shí)用價(jià)值和理論指導(dǎo)。

[1]陳炎光，陸士良.中國煤礦巷道圍巖控制[M].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，1996.

[2]陳炎光，錢鳴高.中國煤礦采場(chǎng)圍巖控制[M].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，1997.

[3]宋選民，王安.淺埋煤層回采巷道合理煤柱寬度的實(shí)測(cè)研究[J].太原理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2003.

[4]錢鳴高，劉聽成.礦山壓力及其控制（第二版）[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，1994.

[5]王果，宋選民.緩傾斜煤層巷道圍巖穩(wěn)定性分類與錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)決策系統(tǒng)研究[J].山西煤炭，2006.

[6]錢鳴高，繆協(xié)興.采場(chǎng)關(guān)鍵層理論研究[J].煤炭學(xué)報(bào)，1997.

[7]宋選民《萬利礦區(qū)長壁工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律及圍巖控制關(guān)鍵技術(shù)研究》項(xiàng)目報(bào)告[R].太原，太原理工大學(xué)，2008.

[8]杜善周.回采巷道礦壓規(guī)律與錨桿支護(hù)技術(shù)研究[J].煤炭工程，2006.

[9]任水泉.康家灘礦8號(hào)煤層回采巷道的支護(hù)優(yōu)化[J].陜西煤炭,2006.

[10]趙俊輝,武瑞葉，常興華，等.神東礦區(qū)回采巷道錨桿支護(hù)參數(shù)確定[J].陜西煤炭,2003.

Coal Roadway Pressure Behaviop And Control Research of Shallow Coal Seam

Wang yong-qiang,LI Zhi-jun,XING Ping-wei,SONG Xuan-min,FU Yu-ping
（Institute of Mining Technology,Taiyuan University of Technology,Taiyuan 030024,China)

Combined of the geological conditions of occurrence and exploitation of technology in Cuncaota No.2 mine,a detailed study of the long-wall mining roadway face pressure behavior laws is done,and the evaluation of the existing support programs and actual results is made;the support pressure distribution is tested to demonstrate the stability,of the roadway,to choose resonable coal pillan width,and to put forward optimized support parameters.

roadway rock pressure law;mine roadway pressure behavior;bolting

TD322

A

1672-5050（2010）02-0035-03

2009-11-18

王永強(qiáng)（1983—），男，山東濰坊人，在讀碩士研究生，從事采礦力學(xué)研究。

劉新光