綜采半煤沿空掘巷護巷特點及其支護技術(shù)研究

歐　欽，王俊超

(1.四川廣旺能源發(fā)展(集團)有限責(zé)任公司，四川　廣元　648017；

2.四川廣旺集團 船景煤業(yè)有限責(zé)任公司，四川　宜賓　645250)

·試驗研究·

綜采半煤沿空掘巷護巷特點及其支護技術(shù)研究

歐欽1,2，王俊超2

(1.四川廣旺能源發(fā)展(集團)有限責(zé)任公司，四川廣元648017；

2.四川廣旺集團 船景煤業(yè)有限責(zé)任公司，四川宜賓645250)

摘要船景煤礦+465 m水平一采區(qū)近距離煤層群主要采用留窄煤柱沿空掘巷技術(shù)進行各煤層工作面布置，采區(qū)內(nèi)機風(fēng)巷均沿煤層底板布置。本文以7#、8#煤層為背景，分析了近距離煤層群沿空掘巷護巷特點，并對巷道支護難點及關(guān)鍵進行了剖析；確定出半煤巷道沿空掘巷支護方式及其參數(shù)，并且在118-16機巷進行試驗，結(jié)果表明，該支護方式能夠滿足現(xiàn)場的安全生產(chǎn)需要，保證了工作面的正常接替生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞半煤巷道；沿空掘巷；近距離煤層群；支護

四川廣旺集團船景煤礦根據(jù)主采煤層的地質(zhì)賦存條件，采用留窄煤柱沿空掘巷布置工作面，各煤層機風(fēng)巷采用錨網(wǎng)索支護，沿煤層底板布置。目前，該項技術(shù)已經(jīng)成功應(yīng)用到各煤層機風(fēng)巷掘進中，迄今為止，已完成巷道施工5 000余m，基本滿足了現(xiàn)場生產(chǎn)的需要，為礦井沿空掘巷錨網(wǎng)索支護技術(shù)的廣泛應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

1地質(zhì)條件

船景煤礦+465 m水平一采區(qū)主采煤層為7、8-1、8-2共3層煤，總煤厚3.5～7.6 m，平均4.2 m，傾角2°～12°，平均9°，硬度系數(shù)f=2～4，煤層賦存結(jié)構(gòu)簡單；直接頂以灰色砂巖、粉砂巖、砂質(zhì)泥巖為主，厚度3.5～5.26 m，f=4～6；直接底為灰色砂巖，厚度2.75～3．86 m，f=6～10.由于該礦為高瓦斯突出礦井，為避免工作面回采與回采巷道掘進相互影響，礦井主要采用跳采形式進行工作面布置，即回采第一區(qū)段的工作面的同時對第三區(qū)段的工作面進行布置；工作面機風(fēng)巷沿煤層底板布置，屬于典型的半煤巷道；基于防滅火及避開相鄰工作面采空區(qū)支承壓力影響的考慮，設(shè)計留設(shè)煤柱寬度為12 m；沿空巷道施工主要采用綜掘，若遇斷層等特殊地質(zhì)條件，則采用炮掘。

2支護參數(shù)確定

2.1　沿空巷道支護難點分析

該礦一采區(qū)3個主采煤層硬度比較大，傾角較小，賦存比較穩(wěn)定，自穩(wěn)結(jié)構(gòu)能力比較好，地質(zhì)構(gòu)造相對較簡單，均有利于沿空半煤巷道采用錨網(wǎng)索支護。目前，該礦井一采區(qū)1171首采工作面機風(fēng)巷采用錨網(wǎng)索支護，在近一年的回采時間內(nèi)，兩巷道圍巖均比較穩(wěn)定，都沒有進行大量維修，且保證了現(xiàn)場安全生產(chǎn)。然而由于該礦是采用下行式開采，7號煤層回采完后會立即布置8-1煤層，主要是采用內(nèi)錯式，留窄煤柱沿空布置，該布置方式，巷道的施工及支護存在著較大的難點：

1) 留設(shè)窄煤柱內(nèi)錯式沿空掘巷技術(shù)在一定程度上避開了相鄰工作面采空區(qū)支承壓力，但其仍然處在圍巖應(yīng)力破壞區(qū)范圍內(nèi)，導(dǎo)致圍巖整體性較差，一定程度上損壞了自穩(wěn)結(jié)構(gòu)，降低了自穩(wěn)能力。

2) 沿空掘巷巷道的頂部處于上煤層的采空區(qū)壓力內(nèi)；且頂部上方有1層2～3 m與錨桿長度相當(dāng)?shù)拿后w，使之處于煤巖層離層變形范圍內(nèi)；若遇到較大的圍巖應(yīng)力，則巷道頂部煤巖層極易發(fā)生沿層面離層破壞，導(dǎo)致安全事故或者影響支護效果。

3) +465 m水平一采區(qū)為該礦井首采區(qū)，為盡快達產(chǎn)，需要快速布置2個工作面及接替工作面，使得生產(chǎn)接續(xù)尤為緊張，而回采面采過后采空區(qū)穩(wěn)定時間又相對比較長，至少需要1～2年時間，不利于快速布置工作面；現(xiàn)場布置工作面中必然存在沿空巷道在相鄰工作面殘余圍巖壓力作用范圍內(nèi)進行施工，也有可能出現(xiàn)掘進頭與回采面相迎的情況，因此，支護設(shè)計時，應(yīng)重點考慮在圍巖壓力長期影響下如何保證巷道穩(wěn)定。

4) 設(shè)計的沿空巷道留設(shè)的12 m煤柱在相鄰工作面礦壓作用下會發(fā)生整體變形破壞，引起圍巖應(yīng)力轉(zhuǎn)移，尤其是在支承壓力重復(fù)影響作用范圍下，將大幅度縮小巷道自穩(wěn)空間。所以，巷道支護設(shè)計需要重點考慮在掘進過程中留設(shè)煤柱的穩(wěn)定性。

2.2　巷道斷面和支護參數(shù)設(shè)計

船景煤礦+465 m水平一采區(qū)根據(jù)實際地質(zhì)賦存條件，同時結(jié)合上述支護難點及施工工藝，該礦井決定采用錨網(wǎng)索支護，支護參數(shù)確定主要是根據(jù)組合梁及懸吊理論，同時結(jié)合已施工巷道的支護參數(shù)以及相鄰礦井的支護參數(shù)進行優(yōu)化而逐步完成，整個設(shè)計過程嚴謹科學(xué)，又經(jīng)施工分析、礦壓數(shù)據(jù)收集和多次優(yōu)化，最終確定出礦井沿空掘巷巷道斷面錨網(wǎng)索支護設(shè)計參數(shù)，斷面選用異形斷面，具體斷面支護圖見圖1.

圖1　巷道錨網(wǎng)索支護設(shè)計圖

1) 斷面寬度4 000 mm，中高2 700 mm，斷面積10.8 m2.充分考慮相鄰工作面的殘余壓力及預(yù)留煤柱的變形，設(shè)計時在寬度、高度上分別留有600 mm和400 mm的富余變形量。

2) 巷道主要采用錨網(wǎng)索耦合支護技術(shù)，在無煤柱支護技術(shù)基礎(chǔ)上，頂部增加了2根錨索，錨索間距為1 500 mm，同時兩幫錨桿間距由以前的1 000 mm減小至800 mm.

3) 錨桿選用該集團公司錨桿廠家生產(chǎn)的左旋無縱筋螺紋鋼等強錨桿。頂部錨桿為2 000 mm×d20 mm，兩幫錨桿為1 500 mm×d20 mm，錨桿間排距均為800 mm；每根錨桿使用1支K2350型錨固劑，錨固長度500 mm；金屬網(wǎng)選用d8 mm鐵絲編織網(wǎng)孔100 mm×100 mm的菱形網(wǎng)；錨梁采用d14 mm鋼筋焊制而成的鋼筋梯子，鋼筋梯長度2 000 mm，寬度70 mm，取其左半部分，具體平面圖見圖2.錨索選用d17.8 mm×7 300 mm預(yù)應(yīng)力鋼絞線，長度7 300 mm，錨固長度1 500 mm，每根錨索使用3支K2350型錨固劑，沿巷道縱線方向每隔2.4 m布置2根錨索，分別布置在距巷道中線兩側(cè)750 mm處，間距1.5 m.若遇斷層或者其他地質(zhì)構(gòu)造時適當(dāng)增加錨索。

圖2　鋼筋梯加工平面圖(左半部分)

3施工組織及工藝

結(jié)合該礦井施工巷道的礦壓特點以及施工過程中表現(xiàn)出的不足，同時為克服半煤沿空巷道支護的難點，+465 m水平一采區(qū)沿空巷道錨網(wǎng)索支護施工主要是大幅度減少了循環(huán)進度，采用淺循環(huán)作業(yè)，減小因開挖受到三向應(yīng)力作用的影響，循環(huán)進尺由1.6 m縮至0.8～1.0 m，綜掘機截割之后立即進行錨桿支護，錨桿、錨索均必須緊跟迎頭；若采用炮掘工藝，則分兩次分批放炮，減小應(yīng)力集中，達到控制圍巖變形的目的。

4支護結(jié)果分析

采用該工藝至今，礦井一采區(qū)半煤沿空掘巷巷道總長度目前已超過5 000余m；從所有巷道施工過程來看，根據(jù)其受鄰工作面回采過程圍巖壓力影響程度分析結(jié)果，可以將留窄煤柱沿空巷道劃分為3類變形情況：

1) 掘進與回采同時進行。

2) 上層煤回采完后立即進行掘進。

3) 上層煤回采完一年，穩(wěn)定后再掘進。

為了充分說明上述3類情況的支護效果，下面以118-16機巷的施工為例進行分析。118-16工作面是一采區(qū)的第6個工作面，與1176工作面相鄰，出于緩解接替緊張需要，在結(jié)束1176工作面回采前，準(zhǔn)備施工118-16機巷，因此，118-16機巷必然存在掘進與回采同時進行的情形。在該巷道掘進過程中收集到的礦壓數(shù)據(jù)表明，該巷道在工作面圍巖壓力影響段與鄰工作面回采后穩(wěn)定段兩個時間段的圍巖變形破壞有較大的不同之處，圍巖變形速率與移近量與鄰工作面距離的變化曲線見圖3.

圖3　118-16機巷沿空掘巷圍巖變形曲線圖

4.1　動壓變形段

與1176回采工作面相向存在的巷道距離約有400 m，根據(jù)礦壓數(shù)據(jù)分析，其圍巖變形過程大致劃分為5個過程：

1) 掘進頭超回采面50 m外，圍巖極為穩(wěn)定，變形量累計僅有10～30 mm.

2) 掘進頭超回采面超前50～100 m，巷道靠預(yù)

留煤柱側(cè)開始逐漸變形，煤柱開始破壞。

3) 掘進頭靠近回采面時，圍巖變形比較平穩(wěn)，煤柱側(cè)圍巖壓力緩慢降低。

4) 掘進頭超過回采面50～100 m，由于受到支承壓力作用，發(fā)生第二次劇烈變形，底板變形鼓起，錨梁折斷，兩幫、頂?shù)装逡平糠謩e為250～350 mm、360～470 mm；而后變形速率逐漸降低。

5) 掘進頭落后工作面后方100 m以外，圍巖變形速率再一次上升，煤柱向巷道內(nèi)涌出，頂板下沉速率加快，中部下沉值達到580 mm，兩幫變形量達390 mm.

在該過程中，因事先采用了高預(yù)應(yīng)力錨桿加固巷道頂部煤層及兩幫角，并且采用雙錨索支撐加固頂板等耦合支護方式，大大增強了圍巖抗變形破壞能力，盡管巷道已經(jīng)發(fā)生了較大的變形破壞，仍然維持了其支護結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性，無需進行大量維修，便可以滿足現(xiàn)場生產(chǎn)需要。

4.2　動壓穩(wěn)定段

118-16機巷落后工作面后方250 m以外時，圍巖變形量及速率都趨于平穩(wěn)，數(shù)值較小，累計變形量控制在200～300 mm.

5結(jié)論

1) 相比無煤柱半煤巷道掘進，留窄煤柱沿空掘巷圍巖性質(zhì)有很大的區(qū)別，主要在于：完整性不夠好、自穩(wěn)能力較低，繼而引起頂部煤巖層離層、冒頂以及留設(shè)小煤柱破壞變形，在施工過程中需要采取一定的加固維護措施。

2) +465 m水平一采區(qū)118-16沿空掘巷的實踐表明，在采面回采后采空區(qū)穩(wěn)定條件下，通過采取增加頂部錨索、縮減兩幫錨桿間距，降低循環(huán)進尺、及時支護等措施，圍巖變形能夠得到有效控制，可以滿足回采需要；若遇鄰工作面較強的圍巖壓力，可以結(jié)合鄰近礦井的經(jīng)驗，預(yù)先施工機巷位于鄰工作面的穩(wěn)定段(內(nèi)段)，待支承壓力穩(wěn)定后再施工機巷外段，以達到安全施工的目的。

參考文獻

[1]何滿潮．中國煤礦錨桿支護理論與實踐[M]．北京：科學(xué)出版社，2004:77-79．

[2]張榮立．采礦工程設(shè)計手冊[M]．北京：煤炭工業(yè)出版社，2003:165-168．

Roadway Protected Characteristics of Fully Mechanized Mining Semi Coal Roadway Driving along Goaf and Research on Its Supporting Technology

OU Qin, WANG Junchao

AbstractThe close distance coal seams in No.1 mining area of Chuanjing coal mine +465 m level mainly adopts leaving narrow coal pillar along gob digging roadway technology for the coal seams working face layout, in mining area the conveyor and air roadway arrange along coal seam floor layout. In this paper, takes the 7#and 8#coal seam as the background, analyzes the characteristics of protected roadway driving along goaf in the close distance coal seam, and the difficulty and key of the roadway support are analyzed. Determine the semi coal roadway along goaf driving roadway support way and its parameters, and the 118-16 conveyor roadway is tested. The results show that the support method can meet the needs of the field of safety production, ensure the normal production of the working face.

Key wordsCoal roadway; Roadway driving along goaf; Close distance coal seam group; Supporting

中圖分類號：TD353

文獻標(biāo)識碼：B

文章編號：1672-0652(2015)12-0008-03

作者簡介：歐欽(1964—)，男，四川大竹人，2005年畢業(yè)于四川省委黨校，研究生，高級工程師，主要從事生產(chǎn)管理及礦井支護技術(shù)研究工作(E-mail)136554061@qq.com

收稿日期：2015-09-12