鉆孔卸壓技術(shù)在回風(fēng)順槽的應(yīng)用

閆文龍

(山西煤炭進(jìn)出口集團(tuán)公司大平煤業(yè))

鉆孔卸壓技術(shù)在回風(fēng)順槽的應(yīng)用

閆文龍

(山西煤炭進(jìn)出口集團(tuán)公司大平煤業(yè))

為解決大平煤礦回風(fēng)順槽變形大，嚴(yán)重影響通風(fēng)效果、支護(hù)等問(wèn)題，在3107工作面回風(fēng)順槽采用鉆孔卸壓技術(shù)，有效的控制了巷道變形。

動(dòng)壓巷道 圍巖控制 鉆孔卸壓

大平煤礦3107工作面回采至500 m處，在超前支承壓力及3105采空區(qū)側(cè)向支承壓力疊加作用下，保安煤柱較窄，致使回風(fēng)順槽圍巖應(yīng)力分布極其復(fù)雜，巷道斷面由12 m2變成約7.5 m2，局部區(qū)域斷面更小。超前支護(hù)范圍內(nèi)π型梁頻繁折斷，錨索拉斷增多，尤其是靠近3105保安煤柱一側(cè)，單體柱均呈現(xiàn)不同程度的“C”字型的變形，自前溜機(jī)尾至超前支護(hù)40 m的巷道呈“里小、外大”的喇叭口狀，風(fēng)速超限，嚴(yán)重影響巷道的正常使用。

為降低被動(dòng)支護(hù)的影響，最大限度的控制巷道變形，減少人工擴(kuò)幫挑頂量，確保巷道正常使用，通過(guò)分析及數(shù)值模擬等方法，決定在3107工作面回風(fēng)順槽實(shí)體煤側(cè)試驗(yàn)鉆孔卸壓新技術(shù)，以提高圍巖的強(qiáng)度和抗變形能力。

1 工作面概況

3107工作面回風(fēng)順槽采用錨網(wǎng)支護(hù)，巷寬4 m，高3 m，凈斷面為12 m2，設(shè)計(jì)長(zhǎng)度1 630 m，工作面196 m。臨近3105工作面采空區(qū)，保安煤柱為20 m。采用放頂煤工藝，采放比為1∶1.23。開(kāi)采煤層為沁水煤田3#煤層，賦存于二疊系山西組地層中、下部，煤層賦存穩(wěn)定。該工作面整體呈一背斜構(gòu)造，煤層平均厚度為6.25 m，傾角0°～9°。直接頂為泥巖，平均厚度2.74 m；老頂為細(xì)砂巖，平均厚度5.53 m；直接底為泥巖，平均厚度1.64 m；老底為細(xì)砂巖，平均厚度4.51 m。

2 巷道變形破壞分析

(1)在回采過(guò)程中，受采空區(qū)涌水及頂板淋水影響，巷道煤巖體吸水膨脹，支撐力降低，抵抗變形能力減弱。

(2)3105采空區(qū)高出3107回風(fēng)順槽約40 m，側(cè)向壓力較大，在應(yīng)力疊加下，回風(fēng)順槽始終處在高應(yīng)力區(qū)域內(nèi)，20 m的保安煤柱出現(xiàn)裂隙范圍約有3 m。

(3)巷道經(jīng)過(guò)多次返修，頂板裂隙發(fā)育，破壞了圍巖的完整性；擴(kuò)幫導(dǎo)致保安煤柱進(jìn)一步變窄，巷道抵抗變形能力下降，致使巷道出現(xiàn)塑性變形。

3 卸壓技術(shù)

3.1 卸壓機(jī)理

在實(shí)體煤一側(cè)打設(shè)鉆孔，改變?cè)后w內(nèi)的應(yīng)力平衡及分布，在采動(dòng)中受超前支承壓力作用，鉆孔將發(fā)生壓縮變形，吸收煤體因彈性形變而產(chǎn)生的大量彈性勢(shì)能，使巷道向煤體深部轉(zhuǎn)移，降低了巷道應(yīng)力。

3.2 卸壓孔參數(shù)

為系統(tǒng)研究回風(fēng)順槽在鉆孔卸壓條件下巷道圍巖變形情況，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)條件，決定將鉆孔布置在實(shí)體煤一側(cè)巷幫的兩鋼筋梯子梁之間。通過(guò)巖石力學(xué)計(jì)算，卸壓孔參數(shù)暫定為：孔徑108 mm，間距0.9 m，孔深20 m，距底板0.8 m，鉆孔角0°，允許誤差±2°。鉆孔段巷道長(zhǎng)50 m，距工作面100 m向外布置，鉆孔布置見(jiàn)圖1所示。

圖1 卸壓鉆孔布置

4 巷道變形觀測(cè)及分析

4.1 測(cè)點(diǎn)布置

選第Ⅰ組、第Ⅱ組兩段巷道比較卸壓效果。第Ⅰ組為試驗(yàn)巷道，第Ⅱ組為對(duì)比巷道，兩段巷道間距100 m，各布置12個(gè)測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)間距4 m。在頂板中部垂直方向和兩幫中部水平方向布置深為500 mm，孔徑為28 mm的鉆孔，安裝φ22 mm×500 mm的高強(qiáng)度螺紋鋼錨桿，用樹(shù)脂錨固后作為觀測(cè)基點(diǎn)。測(cè)點(diǎn)表面位移觀測(cè)如圖2所示。

圖2 巷道測(cè)點(diǎn)表面位移觀測(cè)

4.2 觀測(cè)方法及結(jié)果

在A、B之間，C、D之間用激光測(cè)距儀測(cè)量?jī)蓭褪湛s量和頂板下沉量，測(cè)量精度控制在1 mm，所有測(cè)點(diǎn)每天觀測(cè)一次，觀測(cè)結(jié)果如圖3、圖4所示。

圖3 巷道頂?shù)装逡平坑^測(cè)

圖4 巷道兩幫收縮量觀測(cè)

4.3 觀測(cè)結(jié)果分析

(1)卸壓段巷道前8 d頂?shù)装逑鲁亮亢蛢蓭褪湛s量均小于200 mm，未卸壓段巷道頂板下沉量達(dá)到524 mm。

(2)受周期來(lái)壓影響，未卸壓段巷道頂?shù)装寮皟蓭妥冃卧诘?8 d出現(xiàn)急劇增大，變化量分別為615,875 mm，卸壓段未出現(xiàn)明顯的變化。

(3)卸壓巷道兩幫平均收縮量為311 mm，未卸壓段巷道兩幫平均收縮量為761 mm，未采用卸壓技術(shù)兩幫收縮量是卸壓段的2.4倍。

(4)卸壓段巷道頂板平均下沉量為274 mm，未卸壓段巷道頂板平均下沉量為554 mm，未卸壓段頂板下沉是卸壓段的2倍。

5 結(jié) 語(yǔ)

①鉆孔卸壓可以降低回采巷道的應(yīng)力，減小巷道變形，提高巷道抵抗變形的能力，保證了回采巷道的正常使用；②該技術(shù)使巷道擴(kuò)幫量由1.2 m減小至0.6 m，降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省了巷道維護(hù)費(fèi)用，保證了回采工作面正常推進(jìn)；③為降低動(dòng)壓巷道變形提供了新技術(shù)和新方法；④鉆孔直徑、深度、間距等參數(shù)還有待于進(jìn)一步優(yōu)化，以取得更好的效果。

[1] 劉 寧，郭 超，韓偉博.卸壓孔技術(shù)在深井煤巷中的實(shí)踐與應(yīng)用[J].山西焦煤科技，2011(2):50-52.

[2] 星寧江.全煤巷鉆孔卸壓技術(shù)的應(yīng)用[J].中國(guó)煤炭，2011(3):69-71.

[3] 譚云亮，劉傳孝．巷道圍巖穩(wěn)定性預(yù)測(cè)與控制[M]．徐州:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，1999.

[4] 張軍義，牛孟海，王俊生.高應(yīng)力煤巷卸壓技術(shù)的研究及應(yīng)用[J].山東煤炭科技，2011(3)：209-210.

2014-09-30)

閆文龍(1984—)，男，碩士，助理工程師，046200 山西省長(zhǎng)治市襄垣縣夏店鎮(zhèn)渠街村。