孤島煤柱應(yīng)力集中區(qū)巷道布置改造及支護(hù)技術(shù)研究①

王思 王殿錄 申磊 王建民

(冀中能源峰峰集團(tuán)大淑村礦，河北邯鄲 056002)

孤島煤柱應(yīng)力集中區(qū)巷道布置改造及支護(hù)技術(shù)研究①

王思②王殿錄 申磊 王建民

(冀中能源峰峰集團(tuán)大淑村礦，河北邯鄲 056002)

冀中能源峰峰集團(tuán)大淑村礦－450m水平原東翼三條大巷處于174102、172102工作面和174104、172104工作面中間的孤島保護(hù)煤柱下方，三條大巷均采用錨網(wǎng)索噴支護(hù)、局部穿煤段采用U36支架加錨網(wǎng)噴聯(lián)合支護(hù)，應(yīng)力集中現(xiàn)象明顯，巷道變形破壞嚴(yán)重，雖已加強(qiáng)支護(hù)并返修多次，但巷道圍巖變形仍嚴(yán)重，無(wú)法保證正常安全使用。在充分論證和分析后將－450m水平原東翼三條大巷布置在174102和172102工作面采空區(qū)下方，只有在172102工作面停采保護(hù)煤柱下方應(yīng)力集中范圍內(nèi)巷道圍巖變形較嚴(yán)重，通過(guò)維修和加強(qiáng)支護(hù)后，巷道基本穩(wěn)定，其他位置巷道較穩(wěn)定。

孤島煤柱;應(yīng)力集中區(qū);巷道布置;巷道支護(hù)

1 工程概況

1.1 工程背景

冀中能源峰峰集團(tuán)大淑村礦位于峰峰礦區(qū)東北部，地處河北省武安市、磁縣和峰峰礦區(qū)接壤地帶，。井田東西走向長(zhǎng)4.8km，南北平均寬約2.0km，井田面積9.7568km2。2003年12月23日正式投產(chǎn)，設(shè)計(jì)年生產(chǎn)能力90萬(wàn)t，2006年生產(chǎn)能力核定為125萬(wàn)t/年。目前大淑村礦生產(chǎn)水平為－450m，分東一、西二兩個(gè)生產(chǎn)采區(qū)，東三、南四兩個(gè)開(kāi)拓準(zhǔn)備采區(qū)。

東翼正巷、副巷、皮帶巷位于東翼一采區(qū)，三條巷道其南側(cè)為174102、172102采空區(qū)，其北側(cè)為174104、172104采空區(qū)，東以一、三采區(qū)隔離煤柱為界，西以工業(yè)廣場(chǎng)保護(hù)煤柱線為界，三條大巷平面間距為30m，距采空區(qū)50～60m，三條大巷均位于孤島煤柱下方，如圖1所示。

圖1 東翼大巷位置關(guān)系圖

原東翼三條大巷均采用錨網(wǎng)索噴支護(hù)、局部穿煤段采用錨網(wǎng)噴+U36型鋼支架聯(lián)合支護(hù)，東翼副巷原設(shè)計(jì)規(guī)格為凈寬4.6m、凈高3.5m、凈斷面積15m2;東翼正巷、皮帶巷斷面規(guī)格均為凈寬4.4m、凈高3.4m、設(shè)計(jì)凈斷面積14.5m2。三條大巷斷面形狀均為直墻半圓拱形，墻高1.3m。

1.2 原東翼大巷破壞及整修情況

原東翼三條大巷施工后巷道變形破壞嚴(yán)重，表現(xiàn)為巷道底鼓嚴(yán)重、斷面縮小、錨桿錨索破壞、U型鋼支架破壞等。

原東翼副巷于2004年11月開(kāi)工建設(shè)，總長(zhǎng)度993m，2007年3月竣工，在此期間進(jìn)行了三次大規(guī)模整修。第一次是2006年5～9月，因施工期間巷道后路底鼓、變形嚴(yán)重影響安全而被迫停止施工，進(jìn)行整修;第二次整修是2008年3～9月，費(fèi)時(shí)6個(gè)月，再次整修巷道265m;2009年3～5月又對(duì)巷道160m失修嚴(yán)重地點(diǎn)進(jìn)行整修，三次整修均采用錨網(wǎng)噴索聯(lián)合支護(hù)。截止到2010年1月又有近300m巷道嚴(yán)重失修，現(xiàn)最小斷面僅為3.12m2兩幫收縮及底鼓量達(dá)到了2m。

原皮翼皮帶巷于2007年5月完工，總長(zhǎng)度為994m。進(jìn)行過(guò)兩次整修，2008年6～9月對(duì)第一聯(lián)絡(luò)巷以東約470m巷道進(jìn)行整修;時(shí)隔半年該段巷道再次變形、底鼓、砼層開(kāi)裂，又于2009年8～11月進(jìn)行了第二次整修，兩次整修均采用錨網(wǎng)噴+錨索聯(lián)合支護(hù)。截止到2010年1月東翼皮帶巷約120m巷道變形嚴(yán)重底鼓達(dá)1.1～1.3m，最小斷面僅為3.6m2，巷道頂部下沉，砼層開(kāi)裂嚴(yán)重，人員行走困難，不整修難以保證行人安全。

原東翼正巷總長(zhǎng)975m，自2006年10月完工以來(lái)，已進(jìn)行了多次返修。2006年11月～2007年3月，歷時(shí)5個(gè)月對(duì)大巷采用了錨網(wǎng)噴+U36型鋼支架+壁后圍巖注漿聯(lián)合支護(hù)措施，U36型鋼支架棚距為0.8m錨索采用Φ21.6mm的高強(qiáng)度錨索、錨索之間加Φ16mm的梯子梁，錨桿型號(hào)為Φ22mm，L2400mm，而且在外段100m巷道采取了底板自鉆式錨桿注漿加固和打底角錨桿等加固措施。到2008年7月底東翼正巷由于底鼓、U鋼支架扭曲變形、砼層開(kāi)裂、水溝多處損害、巷道多處積水，電機(jī)車無(wú)法正常運(yùn)行，被迫停止三采區(qū)下山延伸工程施工。從2008年8月開(kāi)始至今已經(jīng)進(jìn)行了兩次整修，現(xiàn)巷道最小斷面僅為7m2。

2 對(duì)-450m水平原東翼大巷進(jìn)行改造的必要性與可行性分析

2.1 必要性分析

－450m水平原東翼三條大巷失修變形嚴(yán)重的原因主要有：(1)孤島煤柱影響：三條巷道兩側(cè)的2#及4#煤層均已開(kāi)采，其所在區(qū)域?qū)儆诠聧u煤柱形成的應(yīng)力集中區(qū);(2)大松動(dòng)圈影響：三條巷道進(jìn)行多次整修，導(dǎo)致巷道圍巖松動(dòng)范圍擴(kuò)大，錨桿、錨索較難錨固在穩(wěn)定圍巖當(dāng)中，難以有效發(fā)揮錨網(wǎng)索的作用;(3)構(gòu)造和地應(yīng)力影響：巷道所處地質(zhì)條件較差，地質(zhì)構(gòu)造較多使得巷道變形破壞嚴(yán)重。

－450m水平原東翼三條大巷失修的嚴(yán)重后果：(1)維修費(fèi)用高，整修困難：三條巷道自2007年初建成以來(lái)到2009年底，三年時(shí)間先后對(duì)其進(jìn)行了多次大范圍的整修，共整修巷道約2400m，整修費(fèi)用約為8000元/m，共計(jì)花費(fèi)資金約1920萬(wàn)元，平均每年需投入資金640萬(wàn)元。按此計(jì)算，－450m水平東翼大巷的服務(wù)年限為20年，共需投入資金12800萬(wàn)元，投入資金巨大。(2)影響地區(qū)銜接：嚴(yán)重影響通風(fēng)、運(yùn)輸、行人安全。每年都要安排三組施工隊(duì)伍對(duì)三條大巷進(jìn)行整修。且回風(fēng)巷整修期間，三采區(qū)軌道巷、皮帶巷、回風(fēng)巷三條準(zhǔn)備巷道需全部停止施工，嚴(yán)重影響三采區(qū)的正常采掘活動(dòng)。因此有必要對(duì)東翼三條大巷進(jìn)行優(yōu)化布置。

2.2 可行性分析

目前國(guó)內(nèi)外減少巷道破壞的方法主要有：(1)合理選擇巷道位置：一般選擇在較為穩(wěn)定、應(yīng)力情況簡(jiǎn)單的巖層中，或布置在泄壓帶內(nèi)，以減小巷道圍巖壓力;(2)加強(qiáng)巷道支護(hù)力度：一般采用錨網(wǎng)索噴套加U型鋼，配合圍巖注漿以及底板錨注等聯(lián)合支護(hù)方式。

根據(jù)南翼軌道巷、皮帶巷兩條大巷在采空區(qū)下布置的成功經(jīng)驗(yàn)，考慮在172102及174102工作面采空區(qū)下重新布置東翼軌道巷、皮帶巷、回風(fēng)巷三條大巷，如圖1所示。根據(jù)井下現(xiàn)有的巷道布置情況，三條大巷均能較合理的與現(xiàn)有生產(chǎn)系統(tǒng)銜接，在三條大巷掘進(jìn)期間，加強(qiáng)對(duì)原東翼正巷的維修，利用原東翼回風(fēng)巷和1#填矸巷作為三采區(qū)的回風(fēng)通路，可保證三采區(qū)三條下山在三條大巷掘進(jìn)期間能夠正常施工。因此重新布置三條大巷從技術(shù)上是可行的。

－450m水平三條大巷整修與改造及經(jīng)濟(jì)效益分析與比較：－450m水平新東翼大巷設(shè)計(jì)總工程量為4112m，掘進(jìn)及支護(hù)費(fèi)用平均在1萬(wàn)元～1.3萬(wàn)元/m，需投入資金約5000萬(wàn)元，機(jī)電設(shè)備及其它投入共計(jì)需6000萬(wàn)元。大巷布置在采空區(qū)下不會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重破壞變形，但局部不可避免的會(huì)出現(xiàn)較嚴(yán)重變形失修，預(yù)計(jì)年整修工程量約200m，整修費(fèi)用8000元/m，每年約投入資金160萬(wàn)元，在服務(wù)年限內(nèi)(按20年計(jì)算)整修費(fèi)用共計(jì)3200萬(wàn)元。大巷改造及改造后巷道維修費(fèi)用與維護(hù)原三條大巷費(fèi)用相比，可節(jié)約資金3600萬(wàn)元。而且改造后可以解放孤島煤柱，增加可采儲(chǔ)量100余萬(wàn)t，有效的緩解礦井銜接緊張的局面，為企業(yè)可持續(xù)發(fā)展創(chuàng)造有利條件，可帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)、安全及社會(huì)效益。

3 -450m水平新東翼大巷改造方案

3.1 新東翼三條大巷布置

改造－450m水平新東翼軌道、皮帶、回風(fēng)三條大巷沿172102及174102工作面采空區(qū)下布置，如圖1所示，巷道具體布置方式如下：

新東翼軌道巷：從東一采區(qū)軌道上山下部車場(chǎng)15#經(jīng)緯點(diǎn)前32.6m處按130°方位+0.26°(+ 4.5‰)坡開(kāi)口，開(kāi)口后掘進(jìn)75.6m拐線按79°方位掘進(jìn)576.6m與南正巷貫通;巷道貫通后繼續(xù)按79°方位+0.17°(+3‰)坡掘進(jìn)290m(與南正巷貫通后巷道掘至65m時(shí)將穿過(guò)174102工作面采空區(qū))，到拐線位置按29.1°方位拐線掘進(jìn)91.1m后按曲率半徑30m圓心角133.3°拐弦，掘進(jìn)58.2m與三采區(qū)軌道下山貫通。

新東翼皮帶巷：從東一采區(qū)皮帶上山6#經(jīng)緯點(diǎn)前3.7m處按79°方位+3°坡掘進(jìn)99.8m后取平掘進(jìn)50m，然后按－4°坡掘進(jìn)286.5m后取平掘進(jìn)131.8m與南翼皮帶機(jī)道貫通;巷道貫通后繼續(xù)按79°方位+3°坡掘進(jìn)80m后取平掘進(jìn)100m (巷道取平后將穿過(guò)174102工作面采空區(qū))，然后按－1°坡掘進(jìn)200m至拐線位置，拐線后與東翼皮帶機(jī)道三采區(qū)煤倉(cāng)下口貫通。

新東翼回風(fēng)巷：從東一采區(qū)回風(fēng)上山10#經(jīng)緯點(diǎn)按75.9°方位開(kāi)口掘進(jìn)194.2m穿過(guò)4#煤拐線，拐線后按79°方位取平掘進(jìn)104.6m后按+ 16°起坡掘進(jìn)143.3m(此段巷道掘進(jìn)期間將穿過(guò)4#煤層)，掘至距2#煤底板16m位置，然后巷道按走向煤巖層傾角布置掘進(jìn)766.4m至拐線位置，拐線后與三采區(qū)回風(fēng)下山貫通。

3.2 大巷斷面設(shè)計(jì)

新東翼軌道巷：設(shè)計(jì)巷道斷面為直墻半圓拱形，巷道凈寬4.6m，凈高3.8m，設(shè)計(jì)凈斷面15.2m2。巷道采用錨網(wǎng)索噴支護(hù)形式，穿過(guò)野青采空區(qū)時(shí)，采用錨網(wǎng)索噴+U36型鋼支架+壁后圍巖注漿的聯(lián)合支護(hù)形式。

新東翼皮帶巷：設(shè)計(jì)巷道斷面為直墻半圓拱形，巷道凈寬4.4m，凈高3.7m，設(shè)計(jì)凈斷面14.2m2。皮帶機(jī)頭巷道凈寬4.6m，凈高3.8m，設(shè)計(jì)凈斷面15.2m2。巷道采用錨網(wǎng)索噴支護(hù)形式，穿過(guò)野青采空區(qū)時(shí)，采用錨網(wǎng)索噴+U36型鋼支架+壁后圍巖注漿的聯(lián)合支護(hù)形式。在對(duì)應(yīng)172102停采線前方50m及后方20m共計(jì)70m范圍內(nèi)，除了采用錨網(wǎng)噴支護(hù)外，還采用了中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)研制的高支護(hù)強(qiáng)度的鋼管混凝土支架支護(hù)技術(shù)。

新東翼回風(fēng)巷：巷道為直墻半圓拱形，外段巷道凈寬4.8m，凈高3.9m，設(shè)計(jì)凈斷面16.2m2。進(jìn)入泄壓區(qū)內(nèi)巷道凈寬4.6m，凈高3.8m，設(shè)計(jì)凈斷面15.2m2。巷道采用錨網(wǎng)噴+錨索支護(hù)形式，穿4#煤層時(shí)，采用錨網(wǎng)索噴+U36型鋼支架的聯(lián)合支護(hù)形式。

3.3 大巷支護(hù)方式及參數(shù)

巖巷支護(hù)：巷道采用錨網(wǎng)噴+錨索聯(lián)合支護(hù)。噴厚100mm的C20砼。錨桿為Φ22mm，L2400mm的高強(qiáng)度螺紋鋼樹(shù)脂錨桿。錨桿間排距均為700mm，交錯(cuò)排列。托盤使用專用錨桿鋼托盤。每根錨桿注5支2345型樹(shù)脂藥卷。單根錨桿設(shè)計(jì)錨固力不小于120KN，錨桿預(yù)緊力矩140Nm以上。掛Φ6.5mm鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)孔為150× 140mm，規(guī)格1.5×0.8m，網(wǎng)片搭接長(zhǎng)度100mm。錨索使用Φ21.6mm，L7000mm鋼絞線，間距1.6m，排距2m，每排布置3根錨索。

穿煤層巷道支護(hù)：新東翼軌道巷穿4#煤掘進(jìn)31.7m，新東翼皮帶巷穿4#煤掘進(jìn)50m，新東翼回風(fēng)巷兩次穿4#煤共計(jì)44m，三條巷道共計(jì)126m，巷道采用錨網(wǎng)噴+U36型鋼支架聯(lián)合支護(hù)形式。U36型鋼支架間距為800mm，由4節(jié)組成，每架配7副卡纜(頂部3副，兩肩各2副)及200×150× 12mm鋼板底座兩塊，搪材間距為400mm;錨網(wǎng)噴支護(hù)參數(shù)同巖巷支護(hù)參數(shù)。

未進(jìn)入泄壓區(qū)下巷道支護(hù)：新東翼軌道、皮帶、回風(fēng)三條巷道，未進(jìn)入采空區(qū)下100m巷道支護(hù)采用錨網(wǎng)噴+錨索+圍巖注漿聯(lián)合支護(hù)。具體支護(hù)方式為：首先對(duì)巷道進(jìn)行錨網(wǎng)噴+錨索支護(hù)，其支護(hù)參數(shù)同巖巷錨網(wǎng)索支護(hù)參數(shù)。然后對(duì)巷道頂板進(jìn)行水泥淺部注漿(孔深2.5m)，對(duì)巷道頂幫進(jìn)行深部化學(xué)注漿加固(孔深8m)，對(duì)巷道底板實(shí)施注漿組合錨索(孔深12m)。對(duì)巷道淺部注漿選用水泥+水玻璃漿加復(fù)合添加劑。對(duì)圍巖深部使用高分子化學(xué)漿—德克因進(jìn)行錨固，該材料其具有較好的滲透性、較高的粘合力和較強(qiáng)的機(jī)械性能，與地層有較強(qiáng)的親和力，固結(jié)體的柔韌性能承受一定的地層變形。材料注入地層以后，低粘度混合物保持幾秒鐘，滲透進(jìn)細(xì)小的裂縫，將受注體更好地膠結(jié)為一個(gè)整體，對(duì)巷道圍巖起到有效的固結(jié)作用。

穿野青采空區(qū)支護(hù)：新東翼軌道巷穿野青采空區(qū)26.8m巷道，新東翼皮帶巷穿野青采空區(qū)20.8m巷道，揭露采空區(qū)前20m，以及過(guò)采空區(qū)后20m(兩條巷道共計(jì)128m)使用錨網(wǎng)噴+錨索+圍巖注漿+U36型鋼支架聯(lián)合支護(hù)。錨網(wǎng)噴+錨索支護(hù)參數(shù)同巖巷錨網(wǎng)索支護(hù)參數(shù);圍巖注漿采用注雙液漿(水泥+水玻璃)，巷道全斷面注漿; U36型鋼支架間距為700mm，由4節(jié)組成，每架配9副卡纜(頂部3副，兩肩各3副)及200×150× 12mm鋼板底座兩塊，搪材間距為400mm。

4 -450m水平東翼大巷改造效果

目前－450m水平新東翼三條大巷都在掘進(jìn)過(guò)程中，三條大巷均已經(jīng)掘至172102工作面的采空區(qū)下方。由于172102工作面停采保護(hù)煤柱下方屬于應(yīng)力集中區(qū)，因此在172102工作面停采線下方附近巷道變形較嚴(yán)重，其他位置巷道均較穩(wěn)定。目前已經(jīng)對(duì)新東翼軌道巷的應(yīng)力集中范圍進(jìn)行了整修，對(duì)皮帶巷的應(yīng)力集中范圍采用了中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)研制的高支護(hù)強(qiáng)度的鋼管混凝土支架支護(hù)技術(shù)，目前巷道穩(wěn)定，沒(méi)有出現(xiàn)明顯變形破壞。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)于大淑村礦的巷道布置方式研究可知，在泄壓帶內(nèi)進(jìn)行泄壓的方式來(lái)進(jìn)行布置，比較符合本礦井的實(shí)際情況。通過(guò)在174102采空區(qū)的泄壓帶內(nèi)進(jìn)行泄壓，來(lái)達(dá)到減小巷道的圍巖的壓力的目的，實(shí)際的生產(chǎn)證實(shí)這個(gè)方法效果非常的理想，不僅使礦井的安全生產(chǎn)環(huán)境得到了很大的改善，同時(shí)也解放了保護(hù)性的煤柱，提高了礦井的生產(chǎn)量。

［1］劉奎，劉長(zhǎng)友，李德文，等.超長(zhǎng)綜放孤島面礦壓規(guī)律及支架適應(yīng)性研究［J］.采礦與安全工程學(xué)報(bào)，2007，24(1)：84－87

［2］霍靈軍，王晨，黃漢富，等.小煤柱二次承壓巷道的礦壓顯現(xiàn)規(guī)律研究［J］.礦山壓力與頂板管理，2002，19(2)：78－80

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Isolated island pillar stress area roadway in dashucun mine optimization layout modification and support

WANG Si，WANG Dianlu，SHEN lei，WANG Jianmin

(Jizhong Energy Fengfeng，Mig DaShucun Mine，Handan Hebei056002)

Fengfeng Jizhong energy group Dashucun mine－450m levels in former East Wing three lane in 174102，172102，and 174104 working face in 172104 working face of the protective coal pillar beneath the middle island，three lane using the anchor rope supporting in coal，local section of the use of U36 bracket plus anchor net combined support，stress concentration phenomenon is obvious，the roadway deformation destruction，although already reinforced support and repaired many times，but the roadway surrounding rock deformation is serious，cannot ensure the normal and safe use of.In the full theory and analysis of evidence after the 450m level in former East Wing three roadway layout in the 174102 and 172102 working face goaf below，is currently driving construction process，only in 172102 working face mining stopped protective coal pillar stress concentration range below the roadway surrounding rock deformation is more serious，the repair and reinforcement after supporting the roadway，basically stable，the other position roadway stability.

isolated coal pillar;stress concentrated area;roadway layout optimization;roadway support

TD353

A

1672－7169(2011)04－0010－4

2011－09－15

王思(1970－)男，河北臨漳人，采礦工程師，冀中能源峰峰集團(tuán)大淑村礦安全副礦長(zhǎng)。