淺埋深厚綜放應(yīng)力場沿空送巷圍巖控制研究與實(shí)踐

【摘要】在淺埋深綜放應(yīng)力場沿空送巷中，我們通過礦壓觀測，找出規(guī)律，并進(jìn)行圍巖控制，最后取得了滿意的效果。

【關(guān)鍵詞】綜放；淺埋深；應(yīng)力場；采空區(qū)；沿空送巷

由于煤礦的采面采用綜采、綜放，造成采空區(qū)冒高增大，應(yīng)力影響范圍更廣，從而使下一個采面靠本采面的順槽（多為回風(fēng)順槽）的掘進(jìn)困難較大，主要表現(xiàn)在掘進(jìn)支護(hù)方面，尤其是掘進(jìn)迎頭距采面100米左右的時候，很難支護(hù)。往往是支護(hù)完一周內(nèi)，該段巷道斷面即有很明顯、很大的變形，需將該段重新處理支護(hù)，造成人力、物力的極大浪費(fèi)，同時還嚴(yán)重影響掘進(jìn)進(jìn)度，進(jìn)一步影響回采的接續(xù)和礦井的回采產(chǎn)量。因此，對綜放應(yīng)力場的控制，就是對礦井接續(xù)的安全控制，就是對礦井安全生產(chǎn)的控制，就是對礦井效益的穩(wěn)定控制，特別是我們翟鎮(zhèn)煤礦，現(xiàn)在已趨于延深采煤和殘采，對施工的安全性要求更高，對于施工人員也是一個考驗(yàn)。下面就具體談?wù)勅绾慰刂撇煽諈^(qū)，確保沿空送巷的順利實(shí)施。

1、礦壓觀測

深部離層與采場側(cè)向支撐壓力的應(yīng)力集中程度密切相關(guān)。2.5m高度淺部離層在采場前方側(cè)向支撐壓力峰值處（采場前方30m）開始出現(xiàn)，由于采場前方上覆巖層僅出現(xiàn)錯動，未出現(xiàn)明顯回轉(zhuǎn)，7.5m高度離層未出現(xiàn)。采場后方隨著直接頂垮落和基本頂回轉(zhuǎn)，2.5m高度淺部離層繼續(xù)增大，采場推過60m后開始明顯降低，最大離層量不超過60mm；7.5m高度淺部離層緩慢增大，采場推過60m后停止，最大離層量8mm。

2、礦壓規(guī)律

無論在采場前方還是后方表面頂板移近量與2.5m高度深部離層呈顯著的線性相關(guān)關(guān)系；在采場前方7.5m高度未出現(xiàn)離層，在采場后方7.5m高度深部離層與2m高度深部離層和表面頂板移近量均存在顯著的線性相關(guān)。

3、圍巖控制

國內(nèi)外控制圍巖的方法主要有以下幾方面：

（1）木垛巷旁支護(hù)

一般是單排木垛。其優(yōu)點(diǎn)是：支撐面積大，穩(wěn)定性好，用以擋矸比較有效，架設(shè)比較靈活、方便，勞動量較小后期支承能力大。其缺點(diǎn)是：木材消耗量大，隨采高加大此缺點(diǎn)更為突出；木垛屬于支承支架，承載過程中載荷增長速度很慢，且早期支承能力太低，因而不能起到早減少頂板下沉的作用；木垛可縮量大，通?？梢詨嚎s到只有原始高度的40%-50%，而不能起到切斷采空區(qū)頂板的作用；木垛屬于寬幅巷旁支護(hù)類型，它使巷道控頂寬加大，從而增加了巷內(nèi)支架的載荷。

（2）密集支柱巷旁支護(hù)

密集支柱屬于中強(qiáng)度、有限可縮量的窄幅巷支護(hù)類型。密集支柱比木垛省材，早支撐性能好，可以進(jìn)行切頂，架設(shè)方便，容易過改變架設(shè)密度而調(diào)節(jié)其承載能力，對采高的適應(yīng)性也較好，一般用于1.3-2.2m煤層中，但也可用于2.5m甚至更厚的煤層中。但密集支柱當(dāng)頂板或底板較軟時，集支柱易于插入頂板進(jìn)行卸載，因而失去支撐和切頂作用；穩(wěn)定性較差，在受到采區(qū)冒落矸石的沖擊時容易傾倒；密集支柱的工作性能通常受架設(shè)質(zhì)量的影響，尤其采高較大時，不僅不易架設(shè)，而且也不穩(wěn)定。目前國內(nèi)外的經(jīng)驗(yàn)都認(rèn)為，對于薄及厚煤層以及圍巖中等穩(wěn)定以上的條件，密集支柱是比較經(jīng)濟(jì)而有效的巷旁支護(hù)類型之一。

（3）矸石帶巷旁支護(hù)

用矸石帶作為巷旁支護(hù)是煤礦多年來一直采用的。矸石帶屬于寬幅大可縮量、支承巷旁支護(hù)類型。井下觀測表明，由于矸石帶壘砌不易致密，故它在初期一般不承載，在工作面后方約20m以遠(yuǎn)阻力才逐漸上升。矸石帶的壓縮量可達(dá)原始高度40%-60%，雖然壓實(shí)后支承能力可以提高，但這時頂板已大量下沉并失去穩(wěn)定性，且矸石帶較寬，又增加了頂板的懸伸寬度，對于脆性頂板，可能造成頂板煤壁斷裂并造成巷內(nèi)支架上載荷增加。所以從力學(xué)特性來看，它不是理想的巷旁支護(hù)類型。然而，巖石帶巷旁支護(hù)方式的最大的優(yōu)點(diǎn)是它利用了本來是廢料的天然矸石作支護(hù)料，從而可以節(jié)約大量的其它支護(hù)材料和相應(yīng)的費(fèi)用，在經(jīng)濟(jì)上是有效的巷旁支護(hù)式。其護(hù)巷效果對于頂板較穩(wěn)定的巷道，只要能隨工作面推進(jìn)及時砌帶，并保證砌筑質(zhì)量，則沿空留下的巷道后期仍可起到較好的護(hù)巷效果。此外，對薄煤層來說，矸石帶占用的勞動力也不多，由于采高小，采動后頂板總下沉量也不大而且矸石帶高度小，故矸石帶總的壓縮量也不是很大。

（4）人造砌塊巷旁支護(hù)

人造砌塊作為巷旁支護(hù)，是為了節(jié)約木材、克服木垛可縮量大和承載晚等缺點(diǎn)發(fā)展起來的。這種巷旁支護(hù)形式在國外有相當(dāng)?shù)陌l(fā)展，國內(nèi)也有一定的應(yīng)用。這種支護(hù)形式的優(yōu)點(diǎn)是材料來源廣，價格低廉，可節(jié)約木材和金屬支護(hù)材料，承載能力較而可縮量不大；構(gòu)件的剛性大，承載快，壓縮2%就達(dá)到最大載荷。砌塊的種類按其材料不同，有料石砌塊、矸石水泥混凝土預(yù)制塊、水泥與爐渣和鋸末配制的質(zhì)砌塊或高爐熔渣鑄塊等。人工砌塊巷旁支護(hù)的缺點(diǎn)是受載超過抗壓時砌垛（帶）呈脆性破壞，一旦發(fā)生破壞承載能力迅速下降；此外砌垛（帶）的穩(wěn)定性較差，不宜用于高大的煤層。

結(jié)合我單位井下實(shí)際地址構(gòu)造，根據(jù)受采動影響，特別是在采場側(cè)向支撐壓力峰值區(qū)段，及時采取了以下圍巖補(bǔ)強(qiáng)措施：一是完善頂板支護(hù)結(jié)構(gòu)，采場前方30m至采場后方60m以長度7.5m的錨索補(bǔ)強(qiáng)頂板，加大頂板拱高，使錨索懸吊形成的“外拱”和錨帶網(wǎng)與頂煤形成的“內(nèi)拱”構(gòu)成有機(jī)的組合拱結(jié)構(gòu)；二是加固煤幫，對煤幫尤其是采空區(qū)一側(cè)的煤幫用全錨的管縫錨桿進(jìn)行加固，提高煤體的內(nèi)摩擦角和粘聚力，改善和提高圍巖自撐能力。

通過觀測和采取措施后，效果顯著，并出現(xiàn)以下結(jié)果。

1、圍巖結(jié)構(gòu)。錨帶網(wǎng)支護(hù)與頂煤、兩幫形成一定的拱結(jié)構(gòu)。單根錨桿在煤體中形成“雙錐體壓縮區(qū)”，錨桿群的“雙錐體壓縮區(qū)”相互交叉重疊形成一定厚度的壓縮帶，隨著圍巖變形，壓縮帶進(jìn)一步壓縮形成壓力拱。

2、動壓區(qū)頂板穩(wěn)定性評價。頂板表面移近的空間顯現(xiàn)范圍與兩幫及底板的情況基本一致，但相對變化程度較小。

3、項目產(chǎn)生的效益。通過對2#和4#煤層的掘進(jìn)施工、綜放開采和礦壓分析，總結(jié)出淺埋深綜放采場高應(yīng)力區(qū)沿空送巷礦壓顯現(xiàn)規(guī)律，該項目對礦的動壓巷道支護(hù)起到了指導(dǎo)性作用。

綜上所述，要有效地保證沿空送巷的順利實(shí)施，不能按傳統(tǒng)的施工方法掘進(jìn)、支護(hù)，而是在壓力段采取掘進(jìn)的同時加強(qiáng)支護(hù)。只有這樣，才能確保沿空送巷，才能確保正常的生產(chǎn)接續(xù)，才能確保安全生產(chǎn)的順利開展。