跨采軟巖下山巷道支護(hù)技術(shù)

周興暉 陳俊宇

(浙江省遂昌金礦有限公司)

·實(shí)用技術(shù)·

跨采軟巖下山巷道支護(hù)技術(shù)

周興暉 陳俊宇

(浙江省遂昌金礦有限公司)

以白皎煤礦綜采工作面底板跨采軟巖下山巷道為工程背景，進(jìn)行數(shù)值模擬和現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)試驗(yàn)，分析了跨采巷道圍巖變形破壞規(guī)律，提出了適用于當(dāng)前跨采巷道的支護(hù)方案，解決了支護(hù)技術(shù)難題?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用結(jié)果表明，支護(hù)后巷道變形在合理范圍內(nèi)，支護(hù)方案合理可行，可在礦區(qū)其他類似地質(zhì)條件巷道推廣應(yīng)用。

跨采 軟巖下山巷道 數(shù)值模擬 聯(lián)合支護(hù)

大量的研究表明，工作面開采會(huì)破壞巷道圍巖的穩(wěn)定性，其影響在于回采擾動(dòng)破壞巷道圍巖應(yīng)力平衡和工作面超前壓力對(duì)巷道的施加作用[1]。白皎煤礦地質(zhì)構(gòu)造十分復(fù)雜，礦區(qū)水平應(yīng)力大于垂直應(yīng)力，表現(xiàn)出明顯的構(gòu)造應(yīng)力特征，導(dǎo)致巷道難以支護(hù)。下山巷道局部出現(xiàn)不同程度的噴漿塊開裂、離層、脫落等現(xiàn)象，導(dǎo)致巷道變形嚴(yán)重、一般變形量在300 mm左右，部分巷道變形嚴(yán)重，圍巖松動(dòng)圈擴(kuò)大，已經(jīng)不能滿足巷道的使用要求，給安全生產(chǎn)帶來(lái)了極大的壓力。

1 工程概況

開采的4#煤與軌道下山層間距為12.2～27.3 m，其空間位置關(guān)系見(jiàn)圖1。下山巷道圍巖為中、細(xì)粒砂巖，砂質(zhì)泥巖，黏土巖；圍巖的巖性復(fù)雜，泥巖、砂巖互層，且具有見(jiàn)水軟化、膨脹等軟巖特性，其頂?shù)装鍘r性特征見(jiàn)表1。

圖1 下山巷道與上覆煤層空間位置關(guān)系

2 跨采對(duì)下山巷道影響分析

利用FLAC3D數(shù)值模擬軟件，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)圍巖的力學(xué)參數(shù)，建立工作面跨采軟巖下山巷道數(shù)值模型，模擬工作面不同的推進(jìn)度下下山巷道圍巖變形情況，分析跨采對(duì)下山巷道的影響范圍[2]。

表1 頂?shù)装鍘r性特征

綜采工作面推進(jìn)時(shí)，在跨采巷道的頂板、底板和兩幫布置幾個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，采用十字布點(diǎn)法布點(diǎn)，監(jiān)測(cè)當(dāng)工作面開采位置距巷道水平距離分別為-50，-30，30，50 m時(shí)頂?shù)装寮皟蓭臀灰浦?。具體位移變化見(jiàn)圖2[3]。

圖2 巷道圍巖變形圖

從圖2可以看出，當(dāng)工作面推采到距巷道50 m時(shí)，巷道底板變形大于兩幫；距離30 m時(shí)，巷道底板變形加劇，兩幫也有所變化；當(dāng)工作面推進(jìn)過(guò)巷道30 m時(shí)，巷道兩幫及頂板位移變化明顯，底板變形減小；采過(guò)50 m時(shí)，巷道兩幫變形有所減小，并趨于穩(wěn)定；當(dāng)工作面推采過(guò)巷道大于50 m后，巷道圍巖基本穩(wěn)定[4]。

通過(guò)以上分析，確定工作面開采對(duì)底板下山巷道的超前影響范圍為50 m，滯后影響范圍為50 m。

3 跨采下山巷道支護(hù)設(shè)計(jì)

基于上述跨采超前影響范圍的模擬分析，對(duì)白皎煤礦跨采軟巖巷道采用高強(qiáng)度金屬粗尾讓壓錨桿+預(yù)應(yīng)力“鳥窩”讓壓錨索+W鋼帶聯(lián)合支護(hù)。錨桿間排距為800 mm×900 mm；巷道頂板每排布置2根錨索，間排距為2 000 mm×1 800 mm，支護(hù)示意見(jiàn)圖3[5]。

圖3 軌道下山支護(hù)示意(單位：mm)

4 現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)試驗(yàn)

在2114工作面采用確定的巷道支護(hù)方案，在巷道內(nèi)設(shè)置測(cè)站，當(dāng)工作面推采時(shí)，對(duì)其進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)，包括巷道圍巖變形及錨桿、錨索受力情況，以考察巷道支護(hù)方案的合理性[6]。頂?shù)装寮皟蓭鸵平壳€見(jiàn)圖4。

圖4 頂?shù)装寮皟蓭鸵平?/p>

從圖4可以看出，工作面回采期間巷道頂?shù)装寮皟蓭途a(chǎn)生了變形。工作面開采到距測(cè)站60 m左右時(shí)，巷道開始變形，并隨著工作面的不斷推進(jìn)，變形量逐漸變大，工作面開采過(guò)測(cè)站50 m后，巷道基本不再變形。由觀測(cè)數(shù)據(jù)可知，測(cè)點(diǎn)一處的巷道兩幫移近量為88 mm，頂?shù)装逡平繛?05 mm；測(cè)點(diǎn)二處巷道的兩幫移近量為72 mm，頂?shù)装逡平繛?7 mm；測(cè)點(diǎn)三處巷道的兩幫移近量為85 mm，頂?shù)装逡平繛?7 mm。從總體趨勢(shì)上看，巷道兩幫移近量略小于頂?shù)装逡平?，頂?shù)装逡平考皟蓭鸵平烤谠试S的安全范圍之內(nèi)[7]。

隨著工作面的推進(jìn)，對(duì)各測(cè)點(diǎn)錨桿和錨索進(jìn)行觀測(cè)，選取其中最具代表性的幾個(gè)測(cè)點(diǎn)，將收集到的數(shù)據(jù)整理繪制成錨桿、錨索測(cè)力變化曲線，見(jiàn)圖5。

圖5 錨桿、錨索測(cè)力計(jì)變化曲線

從圖5可以看出，工作面剛開始推進(jìn)時(shí)，各個(gè)測(cè)點(diǎn)錨桿、錨索測(cè)力計(jì)讀數(shù)變化不大，當(dāng)工作面推進(jìn)到距離測(cè)點(diǎn)40～50 m時(shí)，因?yàn)橄锏朗芄ぷ髅娌蓜?dòng)影響，測(cè)力計(jì)讀數(shù)發(fā)生變化，在此之后隨著工作面向前推進(jìn)，錨桿、錨索受力逐漸增大，當(dāng)工作面采過(guò)測(cè)站30 m后，測(cè)力計(jì)讀數(shù)略有減小，然后不再變化[8]。

工作面開采期間對(duì)各測(cè)站頂板離層情況進(jìn)行觀測(cè)，各測(cè)站頂板離層情況見(jiàn)圖6。

從圖6可以看出，隨著工作面推進(jìn)，巷道頂板出現(xiàn)了一定程度的離層。測(cè)點(diǎn)一的巷道頂板淺部最大離層量是13 mm，深基點(diǎn)最大離層量是32 mm；測(cè)站二巷道淺部最大離層量為15 mm，深基點(diǎn)最大離層量為46 mm；測(cè)站三巷道淺基點(diǎn)最大離層量為12 mm，深基點(diǎn)最大離層量為28 mm?？傮w離層量較小，說(shuō)明支護(hù)效果較好[9]。

圖6 頂板離層儀變化曲線

5 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)數(shù)值模擬分析，得出了跨采軟巖下山巷道的圍巖變形破壞規(guī)律，確定了跨采工作面對(duì)軟巖下山巷道的超前影響范圍約為50 m，滯后影響范圍約為50 m。根據(jù)跨采巷道的圍巖破壞規(guī)律及影響范圍，提出采用高強(qiáng)度金屬粗尾讓壓錨桿+預(yù)應(yīng)力“鳥窩”讓壓錨索+W鋼帶進(jìn)行聯(lián)合支護(hù)。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)礦壓觀測(cè)，工作面采完后，支護(hù)巷道圍巖變形量在允許的范圍內(nèi)，效果明顯，可在該礦區(qū)其他類似地質(zhì)條件巷道推廣應(yīng)用。

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2015-07-06)

周興暉(1989—)，男，助理工程師，321000 浙江省金華市。