深井回采巷道頂板離層與支護技術(shù)研究

摘要：文章結(jié)合錢家營煤礦采區(qū)內(nèi)深井回采巷道實際情況展開分析，對頂板離層的基本概念以及頂板離層臨界值的確定方法進行了分析，最后根據(jù)頂板離層的條件研究了該深井回采巷道在掘進期間以及回采期間的支護技術(shù)方案，希望能夠確保支護結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定與可靠。

關(guān)鍵詞：深井回采巷道；頂板離層；支護技術(shù)；臨界值；煤炭開采 文獻標識碼：A

中圖分類號：TD327 文章編號：1009-2374（2015）16-0161-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.16.079

我國作為煤炭資源生產(chǎn)、開發(fā)的大國，已探明煤礦資源的淺部開采進入收尾階段，后期勢必會展開對煤礦儲區(qū)的深部開采作業(yè)。近年來，礦井工作面的開采深度已有非常顯著的提升趨勢。在煤礦開采作業(yè)向著深部化方向發(fā)展的背景之下，如何最大限度地確保深部礦井開采作業(yè)的安全性與可靠性，這一問題備受各方人員的重視與關(guān)注。本文嘗試在深井回采巷道的基本條件下，給出頂板離層的基本概念以及頂板離層臨界值的確定方法，研究工作面的支護技術(shù)方案及其實施，值得各方關(guān)注與重視。

1 工程概況

錢家營煤礦自1988年建設(shè)完成投入使用以來，一直是開灤礦業(yè)集團的主要煤礦項目。當前技術(shù)條件支持下，本煤礦年產(chǎn)量可達500萬噸以上。在本礦區(qū)內(nèi)，2021E回采工作面位于二水平十采區(qū)12-1煤層?，F(xiàn)場勘查數(shù)據(jù)顯示：本礦區(qū)地面標高在+7～+26m范圍內(nèi)，十采區(qū)井下標高在-600.0～-850.0m范圍內(nèi)。工作面走向整體長度為732.3m，傾斜長度為189.8m，分布煤層厚度在1.4～4.0m范圍內(nèi)，現(xiàn)場測量本煤層傾斜角角度為6°左右。

工作面同煤層傾斜上方1327東已采畢，傾斜下方暫未設(shè)計工程，西部依次為2021東和1327西運煤邊眼。工作面回采初期受地質(zhì)構(gòu)造和頂板壓力影響，造成煤巖層穩(wěn)定性較差，易冒頂和劈幫。工作面掘進時共揭露斷層33條，落差0.3～3.5m。其中對工作面回采有影響的斷層18條，落差0.3～2.3m，其余斷層均位于工作面之外，對工作面回采無影響。

2 頂板離層臨界值分析

何謂頂板離層？簡單來說，頂板離層是指：對于巷道頂板巖層而言，其中任意一點與該點上方一定深度內(nèi)巖層結(jié)構(gòu)中某點所產(chǎn)生的相對位移量。頂板離層作為圍巖結(jié)構(gòu)力學(xué)性質(zhì)的表現(xiàn)之一，其也反映了工作面巷道斷面、錨桿參數(shù)、圍巖結(jié)構(gòu)、以及地應(yīng)力水平對回采巷道的影響情況。而與之相對應(yīng)的頂板離層臨界值則是指：對于錨固巷道而言，在頂板處于穩(wěn)定狀態(tài)的條件下，巖層結(jié)構(gòu)離層、松動擴容所對應(yīng)的位移極限值。可以說，頂板離層臨界值反映了底板自穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)椴环€(wěn)定狀態(tài)的趨勢，在支護技術(shù)方案的設(shè)計、實施上有著非常關(guān)鍵的指導(dǎo)性作用。

對于一個完整的深井回采巷道而言，自巷道開始掘進～報廢，這一過程當中需要經(jīng)過巷道掘進、無采掘影響、以及采動影響等多個階段。在這一過程當中，回采巷道所對應(yīng)的頂板離層量可以按照如下方式進行計算：

頂板離層量=巷道掘進所誘發(fā)的附加變形量+巷道掘進影響下原巖應(yīng)力（側(cè)向固定支承壓力）作用下的平均變形速度·巷道掘進影響下原巖應(yīng)力（側(cè)向固定支承壓力）作用下的平均變形時間+回采工作面移動支承壓力影響下的變形量。

根據(jù)這一計算標準，在本案例中，計算得到的深井回采巷道掘進期間頂板離層臨界標準值為100.0mm，工作面巷道兩幫移近速度極限取值為100.0mm/d。同時在受到老頂初次來壓因素的影響下，頂板有劇烈活動的趨勢，所對應(yīng)的頂板離層臨界標準值僅為120.0mm。

3 支護技術(shù)分析

相對于工程實踐中比較常見的淺部巷道而言，深井回采巷道的主要特點有以下三個方面：第一，深井回采巷道埋藏較深，地應(yīng)力水平較高；第二，深井回采巷道支護載荷不屬于恒定值，巷道支架所提供的支護強度時常無法滿足原巖應(yīng)力的基本要求；第三，深井回采巷道允許變形量大，支護投入小，軟巖巷道圍巖近移量可以達到百毫米單位以上，支護方案的實踐往往同時伴隨對圍巖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的破壞。因此，在回采巷道開挖掘進后，受到工作面采動壓力的影響，必須根據(jù)巷道自身的地質(zhì)條件，合理預(yù)測圍巖結(jié)構(gòu)的變形規(guī)律，選擇最為科學(xué)的巷道支護形式。根據(jù)本工程案例中的實際情況，在不同施工階段中的支護方案可以總結(jié)為如下兩個方面：

3.1 深井回采巷道掘進期間支護技術(shù)

對于本案例中的深井回采巷道而言，在掘進期間頂板離層臨界標準值為100.0mm，巷道采取臨時支護與永久支護結(jié)合的綜合支護方案。其中，在臨時支護技術(shù)方面，掘進后進入迎頭并及時將前探梁竄入迎頭空頂以下，上方越過接頂以及上棚梁，達到臨時支護的效果。支護過程中，控頂距按照0.6m標準控制，前探梁標準規(guī)格為22.0kg/m軌道，單梁長度為4.0m，共設(shè)置2根。而在永久支護技術(shù)方案，對于頂板完整的區(qū)域，采取錨桿+錨網(wǎng)+錨索+鋼帶的聯(lián)合支護方案，錨桿選擇金屬等強錨桿，截面尺寸為20.0mm，布置間距為800.0*800.0mm，錨網(wǎng)為技術(shù)網(wǎng)，標準尺寸為100.0*100.0mm，鋼帶為W型鋼帶，長度為4400.0mm，錨索為預(yù)應(yīng)力鋼絞線，且具有強度高區(qū)、松弛性低的特點，錨固長度按照1600.0mm標準控制。同時，對于頂板不完整，例如出現(xiàn)破碎的區(qū)域，采用架棚支護方案，架棚型式為U字型鋼棚，背板為砼結(jié)構(gòu)，腰背為金屬網(wǎng)。

3.2 深井回采巷道回采期間支護技術(shù)

對于本案例中的深井回采巷道而言，在老頂初次來壓影響前，頂板離層臨界標準值為100.0mm。之后，受到工作面老頂初次來壓因素的影響，頂板后劇烈活動的趨勢，所對應(yīng)的頂板離層臨界標準值僅為120.0mm。因此從回采巷道安全回采的角度上來說，需要在老頂初次來壓前邊完成對巷道的超前支護，從而確保巷道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。在超前支護中，根據(jù)具體情況的不同，可以對支護方案進行靈活的選擇與調(diào)整。例如，在巷道側(cè)向壓力較大的情況下，可以分別在風巷上幫以及機巷下幫部位選用原木作為棚木加以支護；若巷道超前支護過程中出現(xiàn)頂板壓力過大的問題，則可以在靠近工作面的區(qū)域內(nèi)，通過金屬鉸接梁下雙單體的方式做加強支護處理；若U型鋼架棚壓力過大，鋼架棚回收難度大，則超前支護時需要在鋼架棚擋間距離巷道底板3.0m左右位置掏肩窩，然后使用3/4原木作為棚梁，采用液壓單體支柱進行支護。在超前支護過程中必須特別注意的一點是，在經(jīng)過超前支護處理后，支護高度需要嚴格控制在3.0m的合理范圍內(nèi)，若局部巷道出現(xiàn)超高的問題，則需要及時使用硬木料打木垛并做接頂處理。

4 結(jié)語

在本文對深井回采巷道頂板離層與支護技術(shù)的研究工作中，給出了計算頂板離層臨界值的方法，并對深部回采巷道在掘進階段以及回采期間所適用的支護技術(shù)方案進行了詳細分析，認為大斷面以及組合支護技術(shù)對于深部回采巷道而言具有較好的適應(yīng)性和應(yīng)用價值。

參考文獻

[1] 蔣邦友，顧士坦，李男男，等.深井巷道圍巖松動圈現(xiàn)場測試及支護方案優(yōu)化[J].金屬礦山，2012，（9）.

[2] 朱濤，宋敏，朱冰冰，等.軟巖地層回采巷道合理支護技術(shù)探討[J].中國礦業(yè)，2012，21（2）.

[3] 朱潤生.極近距離煤層回采巷道合理位置確定與支護技術(shù)[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2012，40（4）.

作者簡介：張樹良（1971-），男，河北豐潤人，開灤（集團）煤業(yè)分公司安全管理部工程師，研究方向：煤礦開采、技術(shù)管理、安全管理。

（責任編輯：蔣建華）endprint