高應(yīng)力軟巖回采巷道沿空掘巷技術(shù)研究及應(yīng)用

孟俊杰

高應(yīng)力軟巖回采巷道沿空掘巷技術(shù)研究及應(yīng)用

孟俊杰

(山西焦煤汾西礦業(yè)集團(tuán)紫金煤業(yè)，山西 靈石 031300)

紫金煤業(yè)1203工作面回采巷道采用沿空掘巷布置方式，由于巷道處于高地應(yīng)力區(qū)域，且巷道圍巖松軟破碎，再加上巷道原來(lái)支護(hù)設(shè)計(jì)不合理，使得巷道變形破壞現(xiàn)象嚴(yán)重，維護(hù)困難，嚴(yán)重地影響工作面的回采。根據(jù)1203工作面的生產(chǎn)地質(zhì)條件，重新設(shè)計(jì)巷道支護(hù)方案及支護(hù)參數(shù)，采用“錨網(wǎng)梁+錨索+卸壓”的綜合技術(shù)措施對(duì)1203工作面回采巷道重新支護(hù)后，巷道變形量小，圍巖穩(wěn)定，新的支護(hù)起到了控頂固幫作用，為工作面的安全高效回采起到了保證作用，大幅地減小了巷道維修量，保障了井下的正常采掘接替，帶來(lái)了巨大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

巷道支護(hù);高應(yīng)力軟巖回采巷道;沿空掘巷

隨著煤炭開(kāi)采深度的增加，煤炭開(kāi)采逐漸深部化，高應(yīng)力軟巖巷道不斷涌現(xiàn)，已經(jīng)成為研究的熱點(diǎn)問(wèn)題之一。在淺部應(yīng)力狀態(tài)下表現(xiàn)為硬巖特征的巖石，在深部高應(yīng)力狀態(tài)下往往表現(xiàn)為大變形、難支護(hù)的軟巖特征，給煤礦生產(chǎn)中的巷道圍巖控制增加了難度［1－2］。另外，隨著煤礦開(kāi)采機(jī)械化程度的提高，礦井產(chǎn)量和開(kāi)采深度的加大，對(duì)煤炭采出率和回采巷道支護(hù)技術(shù)要求越來(lái)越高，傳統(tǒng)的留設(shè)較寬的區(qū)段煤柱護(hù)巷的布置方式已不能滿(mǎn)足要求。留窄煤柱沿空掘巷是提高煤炭采出率的有效方法之一。目前，我國(guó)煤礦高應(yīng)力軟巖巷道占巷道比重大幅增加，在這種情況下為提高煤炭采出率而采用沿空掘巷［3－5］。但目前關(guān)于高應(yīng)力軟巖回采巷道沿空掘巷技術(shù)的研究較為薄弱，本文以紫金煤業(yè)1203工作面為背景，提出關(guān)于高應(yīng)力軟巖回采巷道沿空掘巷的一些新技術(shù)。

1 工程概況

紫金煤業(yè)1203工作面總體構(gòu)造為背斜構(gòu)造。軸大至由東傾向西，巖層傾角6°～14°。原巖應(yīng)力現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)表明，地應(yīng)力以水平應(yīng)力為主(東西方向)，而非垂直應(yīng)力為主，水平應(yīng)力的方向?yàn)?3°～95°，影響巷道的穩(wěn)定性主要為水平應(yīng)力。方向呈正交關(guān)系的最大水平主應(yīng)力分量σhmax和最小水平主應(yīng)力分量σhmin在量值上通常相差較大，這使得水平應(yīng)力對(duì)巷道頂、底板影響具有明顯的方向性。又由于煤巖體力學(xué)強(qiáng)度低，松軟破碎，加上原來(lái)支護(hù)設(shè)計(jì)方案不合理，使得巷道變形破壞現(xiàn)象比較嚴(yán)重，維護(hù)十分困難，嚴(yán)重影響著煤礦的安全生產(chǎn)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。因此，支護(hù)改革具有重要意義。

1203工作面回采巷道采用沿空掘巷布置方式。1203工作面地面標(biāo)高1 007～1 204.17 m，工作面標(biāo)高678～790 m，工作面開(kāi)采 2#煤層，厚度 1.55 ～3.4 m，平均2.19 m，屬中厚煤層，2#煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，含1～2層夾矸。2#煤層頂板為泥巖、粉砂巖、層理節(jié)理發(fā)育，底板為細(xì)砂巖、粉砂巖及泥巖。工作面運(yùn)輸巷長(zhǎng)1 185 m，材料巷長(zhǎng)1 145 m，巷道斷面都是采用梯形斷面，其中運(yùn)輸巷凈寬3.8 m，掘進(jìn)斷面寬4.0 m，凈高2.6 m，掘進(jìn)斷面高 2.8 m;材料巷凈寬 3.8 m，掘進(jìn)斷面寬 4.0 m，凈高 2.3 m，掘進(jìn)斷面高 2.5 m;切眼凈寬5.8 m，掘進(jìn)斷面寬 6.0 m，凈高 2.2 m，掘進(jìn)斷面高2.4 m;材料聯(lián)絡(luò)巷凈寬2.8 m，掘進(jìn)斷面寬3.0 m，凈高 2.0 m，掘進(jìn)斷面高2.2 m。

2 原支護(hù)方案

原設(shè)計(jì)頂板錨桿為d20 mm×2 000 mm的螺紋鋼錨桿，間排距為760 mm×800 mm，巷中布置2根錨索，間排距為2 000 mm×2 400 mm;兩幫采用 d16 mm×1 600 mm的螺紋鋼錨桿，右?guī)烷g距為600 mm，左幫間距為800 mm，排距800 mm，金屬網(wǎng)規(guī)格為1 000 mm×9 000 mm菱形鐵絲網(wǎng)，如圖1所示。

圖1 1203工作面順槽支護(hù)斷面圖

按照原設(shè)計(jì)斷面施工一段巷道后，發(fā)現(xiàn)巷道變形嚴(yán)重，頂板破碎下沉，兩幫嚴(yán)重內(nèi)擠，且底鼓嚴(yán)重。為此，急需進(jìn)行支護(hù)改革。

3 支護(hù)原則與支護(hù)對(duì)策

對(duì)于巖性較差的煤(巖)巷道，在對(duì)頂板和兩幫進(jìn)行支護(hù)的同時(shí)，加強(qiáng)底板治理，積極防治底鼓。采取有效的主動(dòng)支護(hù)方式，充分發(fā)揮圍巖的自承載能力，提高支護(hù)結(jié)構(gòu)的承載力和適應(yīng)性，結(jié)構(gòu)要有足夠的承載能力，保證靜動(dòng)壓下的穩(wěn)定，不需再次進(jìn)行修復(fù)加固［6－8］;另一方面，要允許圍巖的高應(yīng)力得到釋放，因此，應(yīng)采取卸壓措施和二次支護(hù)的方式保證巷道的長(zhǎng)期穩(wěn)定;此外，不能忽視綜合治理，如加強(qiáng)對(duì)水的治理，防止圍巖遇水膨脹，盡量改善巷道圍巖的物理力學(xué)性能［9－10］。

根據(jù)巷道變形破壞特點(diǎn)及原因分析，為確保巷道圍巖的穩(wěn)定性，擬采取以下支護(hù)對(duì)策：1)釋放高應(yīng)力：設(shè)計(jì)卸壓孔及預(yù)留圍巖收斂變形量;2)優(yōu)化支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)：如錨桿加長(zhǎng)，間排距適當(dāng)加大，墊板厚度增加等;3)確保施工質(zhì)量和加強(qiáng)圍巖變形監(jiān)測(cè)［11－13］。

4 “錨網(wǎng)梁索”聯(lián)合支護(hù)技術(shù)方案

巷道斷面成形后，頂部與兩幫及時(shí)鋪設(shè)金屬網(wǎng)，同時(shí)，頂板使用鋼筋梯，安裝錨桿，形成錨網(wǎng)支護(hù)結(jié)構(gòu)。支護(hù)參數(shù)如下(“錨網(wǎng)梁索”聯(lián)合支護(hù)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2，圖3)。

頂板錨桿：錨桿規(guī)格d20 mm×2 400 mm，采用單向左旋無(wú)縱筋螺紋鋼制作，錨桿的間排距為900 mm×1 000 mm，錨桿孔徑為d29 mm，2卷樹(shù)脂藥卷端錨，CK2350和K2350各1卷，錨固長(zhǎng)度不小于800 mm，錨固力不小于100 kN。

兩幫錨桿：采用單向左旋無(wú)縱筋螺紋鋼錨桿，規(guī)格為d18 mm×2 000 mm，錨桿的間排距為800 mm×1 000 mm，錨桿孔徑為d29 mm，2卷樹(shù)脂藥卷端錨，錨固長(zhǎng)度大于800 mm，錨固力不小于80 kN。

錨索：d15.24 mm ×6 500 mm，排距為2 000 mm，錨固長(zhǎng)度不小于1 500 mm，錨固力不小于260 kN。

錨桿托盤(pán)：托盤(pán)采用8 mm×130 mm×130 mm的Q235金屬托盤(pán)(或采用原方案托盤(pán))。

錨索托盤(pán)：用廢舊工字鋼切割制成。

鋼筋梯：鋼筋梯采用d16 mm的鋼筋焊接而成，長(zhǎng)分別為3 800 mm(頂板)，2 200 mm(下幫)和3 200 mm(上幫)，外寬100 mm，中間焊接短肋間距與錨桿間距一致900 mm。

金屬網(wǎng)：頂金屬網(wǎng)規(guī)格為4.0 m×1.0 m，兩幫規(guī)格為4.0 m×1.0 m，采用10#鉛絲編織的菱形金屬網(wǎng)，網(wǎng)格為50 mm×50 mm。

5 鉆孔卸壓置方案

為了使圍巖高應(yīng)力得到釋放，結(jié)合上述計(jì)算結(jié)果，在巷道兩幫部均勻布置2～3排卸壓孔，卸壓孔深度為5 m，直徑d45 mm，排距800 m，布置于兩排錨桿之間，如圖4所示。

為了掌握1203工作面的材料巷和運(yùn)輸巷變形規(guī)律及支護(hù)方式的效果，對(duì)巷道進(jìn)行了變形測(cè)定，測(cè)點(diǎn)布置如圖5所示，觀測(cè)結(jié)果如圖6所示。

6 支護(hù)效果分析

從圖6表面位移監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，采用“錨網(wǎng)梁+錨索+卸壓”的綜合技術(shù)措施對(duì)1203工作面回采巷道進(jìn)行支護(hù)后，其圍巖變形量較小，頂板下沉量都在20～60 mm范圍內(nèi)，兩幫變形量在80 mm以?xún)?nèi)，部分?jǐn)嗝鎯蓭褪諗窟_(dá)110 mm，但未發(fā)生明顯的變形失穩(wěn)現(xiàn)象，基本維持了巷道的穩(wěn)定，取得了預(yù)期的效果。

圖6 測(cè)點(diǎn)變形圖

7 結(jié)論

高應(yīng)力軟巖沿空掘巷巷道支護(hù)問(wèn)題，需首先確定合理的煤柱寬度，在此基礎(chǔ)上通過(guò)：

1)設(shè)計(jì)卸壓孔及預(yù)留圍巖收斂變形量釋放高應(yīng)力;

2)加長(zhǎng)錨桿長(zhǎng)度、改進(jìn)錨桿(索)間排和增加墊板厚度等優(yōu)化支護(hù)參數(shù)和結(jié)構(gòu);

3)關(guān)鍵部位加強(qiáng)支護(hù);

4)增設(shè)底角錨桿、幫角錨桿增加支護(hù)的整體性等支護(hù)技術(shù)，可以有效維護(hù)該類(lèi)巷道的穩(wěn)定。

上述方法在紫金煤業(yè)1203工作面高應(yīng)力軟巖沿空掘巷中應(yīng)用后，施工完畢1～2個(gè)月時(shí)間內(nèi)試驗(yàn)段巷道并未發(fā)生明顯的變形及裂縫、斷裂現(xiàn)象，有效地保證了巷道的穩(wěn)定性，為工作面的安全高效回采提供了有力的保障作用。

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Research and Application of Gob－Side Entry Driving in High Stress and Soft Rock Mining Gateway

Meng Jun－jie

Gob－side entry driving in mining gateway of 1203 working face in Zijin coal mine.Roadway deformation damage is serious and difficult to maintain because roadway is at high stress areas，and the soft surrounding rock is crushing，together with the original tunnel support design is unreasonable.It is a serious impact on recovery of the face.According to production geological conditions of 1203 working face redesign the roadway support plan and support parameters.After use the“wire meshes beam and anchor cable and pressure relief”comprehensive technical measures in roadway supporting of 1203 working face，roadway deformation is small and surrounding rock is steady.The new retaining play a role in controlling the stability of surrounding rock.It plays a good role to ensure the working face safely and efficiently mining.It dramatically reduces the amount of roadway maintenance，and guarantees normal replacement of underground mining，and brings great social and economic benefits.

Roadway support;High stressed and soft rock mining gateway;Gob－side entry driving

TD353

A

1672－0652(2012)04－0010－04

2012－02－13

孟俊杰(1985—)，男，山西靈石人，2008年畢業(yè)于中國(guó)礦業(yè)大學(xué)，助理工程師，主要從事煤礦綜采工作(E －mail)mengjunjie_2006@163.com