龐龐塔煤礦深部強(qiáng)烈動(dòng)壓孤島工作面巷道圍巖治理技術(shù)

李龍生

摘要：文章針對(duì)龐龐塔煤礦深部強(qiáng)烈動(dòng)壓孤島工作面支護(hù)困難的問(wèn)題，提出了一種新型支護(hù)設(shè)計(jì)方法，通過(guò)對(duì)這種新型支護(hù)設(shè)計(jì)方法的分析闡述，得出這種支護(hù)設(shè)計(jì)不僅施工工藝簡(jiǎn)單，能加快掘進(jìn)速度，而且更安全可靠。

關(guān)鍵詞：煤礦深部；強(qiáng)烈動(dòng)壓；孤島工作面；巷道圍巖治理技術(shù)；支護(hù)設(shè)計(jì)；護(hù)巷煤柱 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TD325 文章編號(hào)：1009-2374（2015）22-0158-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.22.078

龐龐塔煤礦5#煤一采區(qū)目前只剩余5-107工作面，由于其工作面上部5-105工作面、下部5-109工作面都已回采完，該工作面為孤島工作面，根據(jù)生產(chǎn)銜接安排，需對(duì)5-107工作面進(jìn)行開(kāi)采，解放下部的9#煤層開(kāi)采，確保礦井的采區(qū)銜接正常。

1 孤島工作面護(hù)巷煤柱

結(jié)合5-107工作面上下兩側(cè)的地質(zhì)資料，預(yù)計(jì)5-107工作面煤層平均厚度6.2m，煤層傾角20°～24°，正巷底板標(biāo)高540～550m，蓋山厚度為640～700m，副巷底板標(biāo)高600～620m，蓋山厚度為600～680m，兩巷均沿底板掘進(jìn)。

孤島工作面兩側(cè)礦壓顯現(xiàn)特征是確定護(hù)巷煤柱大小的直接依據(jù)。根據(jù)工作面開(kāi)采后采空區(qū)頂板上覆巖層結(jié)構(gòu)特征，建立急傾斜孤島工作面上下采空區(qū)兩側(cè)上覆巖層結(jié)構(gòu)力學(xué)模型。得出以下結(jié)論：

第一，孤島工作面上下兩側(cè)工作面采空后，沿工作面傾斜方向，即沿煤層傾向，孤島工作面上下端頭兩側(cè)都形成了懸空的懸臂梁結(jié)構(gòu)，上端頭形成的懸臂梁深入實(shí)體煤層的深度大于下端頭形成的懸臂梁深入實(shí)體煤層的深度，其上端頭形成的懸臂梁長(zhǎng)度大于下端頭形成的懸臂梁長(zhǎng)度。

第二，孤島工作面上側(cè)側(cè)向支承壓力峰值應(yīng)力小于下側(cè)側(cè)向支承壓力峰值應(yīng)力，但上側(cè)支承壓力峰值應(yīng)力集中程度卻大于下側(cè)支承壓力峰值應(yīng)力集中程度，孤島工作面上側(cè)側(cè)向支承壓力活動(dòng)的范圍大于下側(cè)側(cè)向支承壓力活動(dòng)的范圍。

根據(jù)急傾斜煤層孤島面兩側(cè)巖層礦壓顯現(xiàn)規(guī)律，利用數(shù)值計(jì)算的方法確定護(hù)巷煤柱寬度。

第三，孤島面下側(cè)面開(kāi)采后側(cè)向支承壓力影響區(qū)域大致76m，距采空區(qū)的邊緣6m位置，達(dá)到峰值應(yīng)力為29.32MPa，應(yīng)力集中系數(shù)為1.82；孤島面上側(cè)105工作面回采后側(cè)向支承壓力影響區(qū)域大致99m，距采空區(qū)的邊緣7m

位置，達(dá)到峰值應(yīng)力為25.98MPa，應(yīng)力集中系數(shù)為1.86。

第四，孤島工作面上下兩側(cè)側(cè)向支承壓力達(dá)到峰值應(yīng)力后開(kāi)始逐漸衰減，但下側(cè)衰減的程度要大于上側(cè)。

第五，孤島面下端頭煤柱寬度選取20m或25m，上端頭煤柱寬度選取30m或35m，上下兩側(cè)應(yīng)力數(shù)值大小相當(dāng)。

根據(jù)數(shù)值計(jì)算結(jié)論，結(jié)合孤島工作面兩側(cè)圍巖的礦壓顯現(xiàn)規(guī)律，根據(jù)煤柱寬度選取原則，既要保證護(hù)巷煤柱及回采巷道的穩(wěn)定，同時(shí)也要節(jié)約煤炭資源提高采區(qū)回采率，確定5-1071與109工作面的凈煤柱寬度選取25m，與105工作面的護(hù)巷凈煤柱寬度選取30m。

2 孤島面順槽支護(hù)設(shè)計(jì)

支護(hù)設(shè)計(jì)。5-1072巷斷面設(shè)計(jì)矩形斷面，掘進(jìn)毛寬4.5m、毛高3.4m，掘進(jìn)斷面15.3m2。

2.1 頂板支護(hù)

錨桿形式和規(guī)格：桿體為22#左旋無(wú)縱筋螺紋鋼筋，長(zhǎng)度2.4m，鋼材屈服強(qiáng)度為500MPa，桿尾螺紋為M24，螺紋長(zhǎng)度150mm，配高強(qiáng)度螺母。

錨固方式：樹(shù)脂加長(zhǎng)錨固，采用兩支低粘度錨固劑，一支規(guī)格為K2335，另一支規(guī)格為Z2360。鉆孔直徑為30mm，錨固長(zhǎng)度為1200mm。

托板：采用拱型高強(qiáng)度托盤，規(guī)格為150×150×10（8）mm，拱高不低于34mm，配調(diào)心球墊和減摩墊圈。

錨桿角度：沿頂板法線方向。

W鋼帶規(guī)格：厚度4mm，寬280mm，長(zhǎng)度4300mm，孔間距為1000mm。

網(wǎng)片規(guī)格：采用8#鐵絲編織的菱形金屬網(wǎng)護(hù)頂，網(wǎng)孔規(guī)格為50×50mm，網(wǎng)片規(guī)格為4700×1000mm。

錨桿布置：錨桿排距900mm，每排5根錨桿，間距1000mm。

錨桿預(yù)緊扭矩：不低于400N·m。

錨索形式和規(guī)格：錨索材料為21.8mm，119股高強(qiáng)度低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線，長(zhǎng)度5.3m，鉆孔直徑為30mm，樹(shù)脂加長(zhǎng)錨固，采用一支K2335和兩支Z2360樹(shù)脂錨固劑，錨固長(zhǎng)度2000mm。

錨索布置：采用每排兩根布置，排距1800mm。錨索安裝在兩排錨桿間頂板中部。用300×300×16（14）mm拱形高強(qiáng)錨索托板，配調(diào)心球墊。

錨索張拉預(yù)緊力：200～250kN。

2.2 巷幫支護(hù)

錨桿形式和規(guī)格：桿體為22#左旋無(wú)縱筋螺紋鋼筋，鋼材屈服強(qiáng)度為500MPa，長(zhǎng)度2.4m，桿尾螺紋為M24，螺紋長(zhǎng)度150mm，配高強(qiáng)度螺母。

錨固方式：樹(shù)脂端部錨固，采用一支低粘度錨固劑，規(guī)格為Z2360。鉆孔直徑為30mm，錨固長(zhǎng)度為760mm。

托板：采用拱型高強(qiáng)度托盤，規(guī)格為150×150×10（8）mm，拱高不低于34mm，配調(diào)心球墊和減摩墊圈。

錨桿角度：錨桿垂直巷幫。

W鋼護(hù)板規(guī)格：厚度4mm，寬度280mm，長(zhǎng)度450mm。

網(wǎng)片規(guī)格：采用4.5mm鋼筋焊接網(wǎng)護(hù)幫，網(wǎng)孔規(guī)格為60×60mm，網(wǎng)片規(guī)格為3300×1000mm。

錨桿布置：錨桿排距900mm，每排每幫4根錨桿，間距900mm。

錨桿預(yù)緊扭矩：不低于400N·m。

錨索形式和規(guī)格：錨索材料為21.8mm，119股高強(qiáng)度低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線，長(zhǎng)度4.3m，鉆孔直徑為30mm，樹(shù)脂加長(zhǎng)錨固，采用一支K2335和兩支Z2360樹(shù)脂藥卷錨固，錨固長(zhǎng)度2000mm。

錨索布置：煤柱側(cè)幫采用每排2根布置，排距1800mm。錨索安裝在兩排錨桿中間。用300×300×16（14）mm拱形高強(qiáng)錨索托板，配調(diào)心球墊。

錨索張拉預(yù)緊力：200～250kN。

3 巷道表面位移監(jiān)測(cè)情況

巷道表面位移監(jiān)測(cè)采用十字布點(diǎn)法，監(jiān)測(cè)內(nèi)容主要包括頂?shù)装?，兩幫相?duì)移近量及頂板下沉量。

隨著巷道的掘進(jìn)，巷道內(nèi)累計(jì)布置5個(gè)測(cè)點(diǎn)，分別記為1#、2#、3#、4#、5#。1#測(cè)點(diǎn)布置在距巷口300m處，2#測(cè)點(diǎn)布置在距巷口350m處，3#測(cè)點(diǎn)布置在距巷口380m處，4#測(cè)點(diǎn)布置在距巷口410m處，5#測(cè)點(diǎn)布置在距巷口500m處。

觀測(cè)期間內(nèi)，1#測(cè)點(diǎn)兩幫移近量最大為45mm，2#測(cè)點(diǎn)兩幫移近量最大為30mm，3#測(cè)點(diǎn)兩幫移近量最大為100mm，4#測(cè)點(diǎn)兩幫移近量最大為0mm，5#測(cè)點(diǎn)兩幫移近量最大為0mm。5個(gè)測(cè)點(diǎn)頂?shù)装宥紱](méi)有移近量。分析數(shù)據(jù)可知，兩幫發(fā)生變形的時(shí)間主要是在巷道開(kāi)掘之后50m范圍內(nèi)，之后兩幫就處于比較穩(wěn)定的狀態(tài)，兩幫的相對(duì)移近量不再增加。從兩幫和頂?shù)装遄冃蝸?lái)看，兩幫最大移近量100mm，巷道表面位移較小，但兩幫局部較破碎，成型較差，應(yīng)密切監(jiān)測(cè)。

掘進(jìn)巷道時(shí)遇見(jiàn)斷層，通過(guò)表面位移觀測(cè)數(shù)據(jù)，整條巷道正常地段幫部表面位移在100mm左右，過(guò)斷層段表面位移量受斷層影響較為嚴(yán)重，兩幫回縮量在300mm左右，幫部回縮主要在沿掘進(jìn)方向的右手幫側(cè)。

4 結(jié)語(yǔ)

第一，新型支護(hù)設(shè)計(jì)不再采用鋼筋托梁，簡(jiǎn)化了施工工藝，優(yōu)選施工機(jī)具，提高了掘進(jìn)速度，在成形不佳、礦壓顯現(xiàn)強(qiáng)烈的情況下，實(shí)現(xiàn)了較快的掘進(jìn)速度，有效緩解了礦井采掘接續(xù)緊張的局面。

第二，從礦壓監(jiān)測(cè)結(jié)果來(lái)看，除斷層地段，巷道頂板離層和表面位移都較小，最大兩幫變形量為100mm，在斷層巷段最大也在300mm左右，錨桿錨索支護(hù)能較好地約束圍巖。同時(shí)錨桿錨索的預(yù)應(yīng)力水平設(shè)置也較為合理，錨桿錨索受力均有較大增加，但巷道圍巖變形很小。

第三，大部分巷道施工質(zhì)量較好，錨桿錨索角度、預(yù)緊力等指標(biāo)能較好地達(dá)到，但局部聯(lián)網(wǎng)未能做到孔孔相聯(lián)，錨索張拉機(jī)具初期未能達(dá)到技術(shù)要求。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳登紅，華心祝，李英明.復(fù)雜條件下回采巷道圍巖控制綜合技術(shù)[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2010，（12）.

[2] 楊雙鎖.煤礦回采巷道圍巖控制理論探討[J].煤炭學(xué)報(bào)，2010，（11）.

[3] 華心祝，馬俊楓，許庭教.錨桿支護(hù)巷道巷旁錨索加強(qiáng)支護(hù)沿空留巷圍巖控制機(jī)理研究及應(yīng)用[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2005，（12）.

（責(zé)任編輯：蔣建華）