厚煤層跨采上位巷道圍巖加固效果分析

[摘要]采用理論分析、數(shù)值模擬、相似材料模擬等綜合分析技術(shù)，系統(tǒng)研究了覆巖活動(dòng)規(guī)律及上位巷道的下沉變形規(guī)律，綜合確定了下伏厚煤層開采方法、回風(fēng)上山圍巖加固范圍、加固方案、超前加固距離等關(guān)鍵技術(shù)，為高效安全開采提供了技術(shù)保障。

[關(guān)鍵詞]厚煤層；跨采；回風(fēng)上山；圍巖加固

1、概況

顯德汪礦一采區(qū)軌道上山回風(fēng)道是礦井的總回風(fēng)通道，與下部9煤層間距為90m，保證其正常使用對(duì)整個(gè)礦井通風(fēng)至關(guān)重要。9煤層厚度4.55m，1193、1195、1197工作面采用綜采放頂煤技術(shù)開采，采用ZF2800－15/24型掩護(hù)式綜放支架，MXG-150/350D采煤機(jī)，前后運(yùn)輸機(jī)為SGZ630／264型運(yùn)輸機(jī)。工作面采用走向長(zhǎng)壁采煤法，綜采放頂煤一次采全高，采煤機(jī)沿9＃煤層底板割煤2.0m，放煤2.5m，采放比為1：1.25。按照煤礦傳統(tǒng)的方法，下伏煤層開采跨采上部巷道時(shí)通常會(huì)采取留設(shè)一定寬度煤柱的方法，對(duì)保護(hù)上部巷道效果較好，但是，浪費(fèi)資源嚴(yán)重，同時(shí)，工作面開采到一側(cè)停采線后，需要停止回采，重開切眼，支架搬家倒面，不能實(shí)現(xiàn)工作面的高效開采。因此，如何在保證軌道上山回風(fēng)道正常安全通風(fēng)的條件下，實(shí)現(xiàn)9煤層的高效開采是礦井生產(chǎn)中面臨的緊迫問(wèn)題。

2、綜放開采上位巷道圍巖加固技術(shù)

2.1 9煤層跨采回風(fēng)上山開采方案

根據(jù)理論分析、數(shù)值模擬、相似材料模擬結(jié)果，得出了以下重要結(jié)論：回風(fēng)上山處于冒裂帶之上，彎曲下沉帶內(nèi)；彎曲帶頂板巖層發(fā)生周期性斷裂的斷裂，彎曲下沉帶內(nèi)的巷道變形和破壞嚴(yán)重；無(wú)論采取那種方案，煤層跨采時(shí)回風(fēng)上山的位移變化和破壞都將較大，考慮到一次放頂煤時(shí)上山的傾斜下沉傾角最大為-2.03～3.94°，沒(méi)有造成傾斜的急劇變化。根據(jù)以上結(jié)論，綜合經(jīng)濟(jì)效益考慮，確定采用一次采全高放頂煤的方法開采。

2.2 確定回風(fēng)上山加固方案

a加固范圍

根據(jù)上山巷道下沉變化的概率積分法預(yù)計(jì)結(jié)果，1193工作面開采時(shí)，巷道的影響加固范圍為240m，為消除預(yù)計(jì)誤差造成的影響，兩側(cè)各加20m加強(qiáng)支護(hù)，確定累計(jì)加固范圍為278m。

b加固方案

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定，上山巷道松動(dòng)圈范圍為1.8～2.2m。

確定回風(fēng)上山的加固方案為：矩形斷面，上頂4根錨桿，中間兩根長(zhǎng)2.4m，兩端角錨桿長(zhǎng)2.6m，間排距為0.8×1.0m；幫錨桿長(zhǎng)度為2.6～3.0m，間排距為1.0×1.0m。上頂和兩邦加金屬網(wǎng)和鋼筋梯。拱形斷面，錨桿長(zhǎng)度為2.6m，間排距為0.95×1.0m。

錨桿采用Φ20mm的左旋螺紋鋼高強(qiáng)錨桿，采用K2360和Z2360型規(guī)格的錨固劑各一卷。鋼筋梯子梁采用Ф14mm圓鋼制成，金屬網(wǎng)采用菱形網(wǎng)，頂網(wǎng)長(zhǎng)度為3200mm，幫網(wǎng)長(zhǎng)度為2200mm，寬度為1200mm，網(wǎng)格為50mm×50mm。

c提前加固的距離

根據(jù)FLAC數(shù)值模擬結(jié)果，下方9煤層開采對(duì)回風(fēng)上山的超前影響距離為15-25m。

根據(jù)相似材料模擬實(shí)驗(yàn)，上山巷道的超前影響距離為42m，需要在應(yīng)力影響變化前做好加固工作。

3、實(shí)施效果

為了能更好地掌握在1193工作面開采過(guò)程中回風(fēng)上山的下沉規(guī)律，測(cè)定下部煤層開采對(duì)上山巷道的影響，研究產(chǎn)生不同下沉量時(shí)巷道的破壞狀況，在上山巷道內(nèi)設(shè)置巷道下沉觀測(cè)站，在回風(fēng)上山內(nèi)設(shè)立8個(gè)巷道變形觀測(cè)站，觀測(cè)頂板下沉和水平位移變化。

①上山巷道頂板下沉變化規(guī)律

⑴隨著工作面推進(jìn)和推過(guò)上山位置，頂板下沉不斷增大，到頂板穩(wěn)定時(shí)，累計(jì)下沉量為2717mm，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際探測(cè)，開采煤層厚度為4.5m，頂板下沉系數(shù)為0.6 。

⑵隨著開采距離的推進(jìn)、推過(guò)上山位置的變化，上山傾斜變化逐漸增加。在工作面中部12測(cè)點(diǎn)以上，最大傾斜變化為83.3mm/m，下沉最大角度為4.76°；在12測(cè)點(diǎn)以下，最大傾斜變化為-125.4mm/m，下沉最大角度-7.14°，比理論預(yù)計(jì)的結(jié)果大，但也能保持巷道的正常通風(fēng)。

⑶在上山位置下側(cè)，工作面機(jī)頭對(duì)應(yīng)15#測(cè)點(diǎn)以下40m位置，頂板下沉為122mm，在50m位置，頂板下沉為39mm，因此，在上山下側(cè)40m范圍內(nèi)需要加固。

⑷在工作面推進(jìn)至上山位置60-80m時(shí)，頂板開始下沉，在工作面推進(jìn)上山10-60m，頂板下沉劇烈，下沉速率大。

②1193開采上山巷道變形規(guī)律

跨采上山過(guò)程中，巷道頂板變形為111-516mm，平均為354.4mm，從距上山前方21-60m（平均39.7m）到跨采后31-60m（平均56m）頂板變形變化劇烈。

③1195開采上山巷道變形規(guī)律

⑴3號(hào)測(cè)站頂?shù)装逡平繛?61mm，5號(hào)測(cè)站頂?shù)装逡平繛?98mm，3號(hào)測(cè)站頂?shù)装逡平繛?69mm，3號(hào)測(cè)站頂?shù)装逡平繛?33mm，平均為490.2mm。

⑵3號(hào)測(cè)站兩幫移近量為445mm，5號(hào)測(cè)站兩幫移近量為442mm，3號(hào)測(cè)站兩幫移近量為821mm，3號(hào)測(cè)站兩幫移近量為292mm，平均為500mm。

⑶上山巷道在跨采前的高度為2307-2550mm，平均為2422.8mm，寬度為2405-2790mm，平均為2572.5mm；在跨采后的高度為1510-2091mm，平均為1932mm，寬度為1698-2498mm，平均為2066mm。巷道高度收縮率為20.3%，寬度收縮率為19.7%，收縮率大，但能保持正常安全通風(fēng)。

結(jié)束語(yǔ)

在下伏4.55m厚煤層一次放頂煤開采條件下，彎曲帶頂板巖層發(fā)生周期性斷裂，布置在該范圍內(nèi)的巷道表現(xiàn)為整體下沉，其變形和破壞可能很嚴(yán)重，采用相應(yīng)的圍巖加固技術(shù)后回風(fēng)上山傾斜變化在4.76-7.14°，巷道也能保持正常通風(fēng)；僅1193、1195兩個(gè)工作面多回收資源33.7萬(wàn)噸，創(chuàng)收1.16億元，實(shí)現(xiàn)了工作面的高效開采，具有重要的實(shí)踐意義。

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作者簡(jiǎn)介

左雁群，男，1979出生，河北沙河人，現(xiàn)有職稱：工程師，現(xiàn)為冀中能源股份有限公司顯德汪礦技術(shù)規(guī)劃科科長(zhǎng)，主要從事煤礦技術(shù)監(jiān)督管理和指導(dǎo)工作，主要研究方向煤礦技術(shù)。