近距離煤層巷道支護(hù)及礦壓顯現(xiàn)規(guī)律研究

于輝 孔令根 鄧鵬海 牛智勇

(中國礦業(yè)大學(xué)(北京) 資源與安全工程學(xué)院,北京 100083)

近距離煤層巷道支護(hù)及礦壓顯現(xiàn)規(guī)律研究

于輝 孔令根 鄧鵬海 牛智勇

(中國礦業(yè)大學(xué)(北京) 資源與安全工程學(xué)院,北京 100083)

平莊煤業(yè)集團(tuán)六家煤礦井田范圍內(nèi)6組煤可采煤層較多,屬近距離煤層群。近距離煤層群回采后,支承壓力重新分布,形成應(yīng)力集中區(qū),因而選擇一種合理的支護(hù)方式顯得尤為重要。本文以WIIN36-6工作面運(yùn)輸順槽圍巖穩(wěn)定性為背景,通過現(xiàn)場觀測對巷道的礦壓顯現(xiàn)規(guī)律進(jìn)行了研究,結(jié)果表明目前的支護(hù)形式下巷道變形量與松動圈范圍不大,可以保持巷道穩(wěn)定。

近距離煤層群 圍巖穩(wěn)定性 巷道支護(hù) 現(xiàn)場監(jiān)測

我國近距離煤層賦存和開采所占比重很大，大多礦區(qū)都存在近距離煤層群開采的問題。當(dāng)煤層間距較小時(shí)，下部煤層采場及巷道的礦山壓力顯現(xiàn)受上部煤層開采的影響，特別是極近距離煤層群中，這種影響更加明顯。若上下兩煤層間巖層為軟弱、破碎的泥巖、砂質(zhì)泥巖，則下部煤層開采時(shí)，頂板已發(fā)生塑性破壞，巷道變形量大，支護(hù)困難，因而選擇一種合理的支護(hù)方式顯得尤為重要。本文以內(nèi)蒙古平莊煤業(yè)(集團(tuán))有限公司下屬煤礦——六家煤礦為依托，以WIIN36-6煤層軌道運(yùn)輸巷為研究對象，對巷道的礦壓顯現(xiàn)規(guī)律進(jìn)行了研究，結(jié)果表明目前的支護(hù)形式下巷道變形量與松動圈范圍不大，可以保持穩(wěn)定。

1 地質(zhì)生產(chǎn)條件

1.1 礦井地質(zhì)構(gòu)造

六家煤礦位于平莊煤田東部邊緣，本區(qū)煤層除5煤組可視為獨(dú)立煤層外，6煤組為復(fù)雜結(jié)構(gòu)煤層，分層變化大，層間夾層以中— 粗粒砂巖及砂礫巖為主，砂質(zhì)泥巖、泥巖次之。煤層偽頂多賦有薄層泥巖，受層間滑動而破碎，遇水泥化膨脹，層位不穩(wěn)定，易脫落，離層現(xiàn)象嚴(yán)重，屬較弱結(jié)構(gòu)面，工程地質(zhì)條件差，部分直接頂以中-粗砂巖及砂礫巖為主，主要賦存在5煤頂?shù)撞考?煤上、中、下三段，層位較穩(wěn)定，但一般砂巖膠結(jié)松散，節(jié)理不發(fā)育。底板多以粗砂巖、砂質(zhì)泥巖或直接為砂礫巖，一般較穩(wěn)定。

1.2 巷道支護(hù)方案

順槽錨網(wǎng)巷道斷面：巷道凈寬3250mm，凈高為4100mm，斷面形狀為直墻圓弧拱。采用錨網(wǎng)、錨桿(索)聯(lián)合支護(hù)。

順槽架棚巷道斷面：采用腿3m梁3m架棚支護(hù)，斷面形狀為梯形斷面。梯形巷道凈高2590mm，巷道頂部凈寬2800mm、底部寬4868mm。

錨桿選用Φ20×2200左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，Φ20mm的錨桿初錨力不小于105KN，錨桿預(yù)緊力矩不低于200N·m，間排距800×800mm;錨索選用Φ15.24×4200mm高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力剛絞線，張拉強(qiáng)度不小于30MPa，間排距1200×1600mm;梁、腿材質(zhì)為11#工字鋼，規(guī)格梁3m腿3m，棚間距為800mm，撐木80×80×800mm，背板長1200mm。

2 巷道圍巖穩(wěn)定性監(jiān)測

2.1 圍巖松動圈探測

在WIIN36-6運(yùn)輸順槽布置了三個(gè)測點(diǎn)，并對所測數(shù)據(jù)進(jìn)行紀(jì)錄，并對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，分析結(jié)果如下：

(1)WIIN36-6運(yùn)輸順槽距工作面60m處煤柱幫，此處距離孔口0.7m范圍內(nèi)波速變化不大，大約接近1000m/s，表明在此范圍內(nèi)圍巖破碎程度較大且破碎程度基本相似，在0.7m處波速迅速升高，至1m處波速基本穩(wěn)定，接近1250m/s，說明在0.7—1m范圍內(nèi)圍巖逐漸趨于完整，乃至圍巖破碎程度較小且保持穩(wěn)定。綜上分析，此處的松動圈范圍為0.7m。

(2)WIIN36-6運(yùn)輸順槽距工作面80m處煤柱幫，此處距離孔口1.6m范圍內(nèi)波速變化不大，大約接近1100m/s，表明在此范圍內(nèi)圍巖破碎程度較大且破碎程度基本相似，在1.6m處波速迅速升高至1500m/s，而后波速基本穩(wěn)定，說明在1.6m后圍巖破碎程度較小且保持穩(wěn)定。綜上分析，此處的松動圈范圍為1.6m。

2.2 深基點(diǎn)位移監(jiān)測

2.2.1 監(jiān)測方案

WIIN36-6工作面運(yùn)輸順槽測點(diǎn)布在煤柱幫腰線處，孔徑為32mm，鉆孔深度4m，兩孔間隔50m，5個(gè)測點(diǎn)。根據(jù)煤幫變形破壞劇烈程度預(yù)計(jì)，設(shè)計(jì)煤柱幫腰線采用1.0m、2.5m、4.0m三基點(diǎn)式，分為0-1m、1-2.5m和2.5-4m三個(gè)監(jiān)測范圍。

2.2.2 監(jiān)測結(jié)果分析

工作面運(yùn)輸順槽1#測點(diǎn)位置，在觀測周期內(nèi)深部位移最大值為38.9mm，位移量主要分布在0～1m淺部，0～1m淺部位移占總位移量的59%，1～2.5m中淺部占位移總量約29%，2.5～4.0m的深部占位移總量約12%，錨桿錨固范圍內(nèi)變形約占88%，變形速率范圍0～5.9mm/d，平均變形率0.7mm/d。

工作面運(yùn)輸順槽2#測點(diǎn)位置，在觀測周期內(nèi)深部位移最大值為58.1mm，位移量主要分布在0～1m淺部，0～1m淺部位移占總位移量的58%，1～2.5m中淺部占位移總量約27%，2.5～4.0m的深部占位移總量約15%，錨桿錨固范圍內(nèi)變形約占85%，變形速率范圍0～5.2mm/d，平均變形率1mm/d。

工作面運(yùn)輸順槽3#測點(diǎn)位置，在觀測周期內(nèi)深部位移最大值為28.5mm，位移量主要分布在0～1m淺部，0～1m淺部位移占總位移量的65%，1～2.5m中淺部占位移總量約25%，2.5～4.0m的深部占位移總量約10%，錨桿錨固范圍內(nèi)變形約占90%，變形速率范圍0～3.7mm/d，平均變形率0.4mm/d。

工作面運(yùn)輸順槽4#測點(diǎn)位置，在觀測周期內(nèi)深部位移最大值為30.1mm，位移量主要分布在0～1m淺部，0～1m淺部位移占總位移量的67%，1～2.5m中淺部占位移總量約25%，2.5～4.0m的深部占位移總量約8%，錨桿錨固范圍內(nèi)變形約占92%，變形速率范圍0～5.8mm/d，平均變形率0.3mm/d。

3 結(jié)語

(1)在巷道圍巖變形中，大部分巷道變形產(chǎn)生于巷道松動圈范圍，占變形總量的70%以上。

(2)WIIN36-6工作面運(yùn)輸順槽煤柱幫松動圈范圍為0.7m～1.4m。距工作面70m處松動圈最大范圍為1.4m。各測點(diǎn)附近煤(巖)層較完整，圍巖穩(wěn)定性較好。

(3)巷道煤柱幫測點(diǎn)位移量在前期變化較平緩，后期發(fā)生突增，但各測點(diǎn)總位移量均比較小，說明煤柱較穩(wěn)定，表明現(xiàn)有支護(hù)方式可以保持巷道穩(wěn)定。