1319工作面巷道加固幫角控制底鼓的實(shí)踐

韓陽紅（山西陽城陽泰集團(tuán)竹林山煤礦有限公司，山西晉城048000）

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1319工作面巷道加固幫角控制底鼓的實(shí)踐

韓陽紅
（山西陽城陽泰集團(tuán)竹林山煤礦有限公司，山西晉城048000）

摘要1319工作面是竹林山煤礦1300采區(qū)最后一個(gè)綜采工作面。在掘進(jìn)1319工作面正付巷時(shí)，由于礦山壓力顯現(xiàn)明顯，巷道底鼓嚴(yán)重，部分地段掘進(jìn)后巷道底鼓嚴(yán)重，甚至超過500 mm，嚴(yán)重影響了井下運(yùn)輸、通風(fēng)與行人安全。為了控制巷道底鼓，在后期掘進(jìn)中采用加固巷幫巷角的方法，對(duì)巷道原支護(hù)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，使巷道底鼓得到有效控制，未出現(xiàn)較大底鼓現(xiàn)象，為實(shí)現(xiàn)礦井生產(chǎn)高產(chǎn)高效提供了有利條件。

關(guān)鍵字巷道底鼓；加固巷幫；巷幫支護(hù)

0　引言

在煤礦開采過程中，井下巷道開挖后，巖體原來的三向受壓平衡狀態(tài)遭到破壞，應(yīng)力重新分布，變?yōu)閮上驊?yīng)力狀態(tài)，巷道圍巖受應(yīng)力作用發(fā)生變形。其中巷道底鼓是井下常見的礦壓顯現(xiàn)，在運(yùn)輸巷道或輔助運(yùn)輸巷道以及主要進(jìn)風(fēng)巷底鼓嚴(yán)重會(huì)影響到礦井生產(chǎn)的高產(chǎn)高效，對(duì)礦井的運(yùn)輸、通風(fēng)以及行人安全都造成不利影響。

影響巷道底鼓的因素很多，包括巷道兩幫的壓模效應(yīng)、巷道圍巖的巖性、煤層的強(qiáng)度與破碎程度、原巖應(yīng)力、采動(dòng)支承應(yīng)力和支護(hù)方式等。根據(jù)巷道底鼓的方式和機(jī)理，一般將巷道底鼓分為4類［1］：擠壓流動(dòng)性底鼓、撓曲褶皺性底鼓、剪切錯(cuò)動(dòng)性底鼓以及膨脹性底鼓。在前人不斷地深入研究下，對(duì)底鼓的研究逐步系統(tǒng)完善，治理底鼓的技術(shù)由原來只局限于在巷道底板進(jìn)行，逐步向巷道其它位置進(jìn)行［2-3］，并取得明顯的效果。本文針對(duì)孤島工作面巷道采用加固巷幫、巷角進(jìn)行控制底鼓的應(yīng)用研究。獻(xiàn)［4］巷道圍巖應(yīng)力重新分布塑性區(qū)首先分布在煤巷的兩幫及易發(fā)生應(yīng)力集中的巷角處，隨著圍巖塑性區(qū)的發(fā)展，頂?shù)撞课坏乃苄詤^(qū)也逐步發(fā)展，但煤巷兩幫和巷角處的塑性區(qū)仍最大（如圖1）。另一方面，受地應(yīng)力對(duì)巖層的壓縮作用，巷道兩幫產(chǎn)生下沉，進(jìn)一步促進(jìn)了巷道底板破裂與滑移，加劇了巷道底鼓現(xiàn)象。所以巷道兩幫與底板巖體強(qiáng)度愈低愈破碎，巷道兩幫下沉與底鼓愈嚴(yán)重，支護(hù)難度愈大，成本愈高。

1　巷道頂?shù)装鍘r體軟弱時(shí)底鼓機(jī)理與控制

現(xiàn)代礦井的準(zhǔn)備巷道和回采巷道一般在煤層中掘進(jìn)巷道，具有掘進(jìn)速度快，出煤早等各項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)。但是煤巷兩幫圍巖為煤體，強(qiáng)度一般較頂?shù)装鍘r層低，容易造成巷道變形嚴(yán)重，加大支護(hù)難度和支護(hù)成本。根據(jù)文

圖1　頂?shù)装鍘r體強(qiáng)度均較低時(shí)巷道圍巖塑性區(qū)示意

所以為有效控制巷道變形，應(yīng)在煤巷掘進(jìn)成型后盡快通過有效的支護(hù)手段對(duì)巷道進(jìn)行支護(hù)，控制圍巖變形。其中加固巷幫巷角控制巷道底鼓方法的主要作用為：

（1）通過在巷角處進(jìn)行加固，可以有效降低巷角部位的應(yīng)力集中程度，進(jìn)而減小巷角塑性區(qū)的范圍；

（2）在加固巷幫巷角的作用下使巷幫與巷角部位成為承載拱，提高巷幫的自承能力，從而減小了兩幫的下沉量，降低了底板的破壞程度；

（3）通過加固巷幫能夠提高巷幫的強(qiáng)度，減小巷幫塑性區(qū)的范圍，減小了巷道底板“暴露”面積，從而使巷道底板可承受更大的水平應(yīng)力；

（4）通過加固巷角部位，阻止巷角巖體的塑形流動(dòng)，減小底板的滑移，達(dá)到減小巷道底鼓量的目的。

2　工程概況

陽泰集團(tuán)竹林山煤礦1300采區(qū)現(xiàn)開采3#煤層，煤層平均厚度4.46 m，埋深225 m～375 m。1319工作面為1300采區(qū)孤島工作面，位于1300采區(qū)軌道巷東側(cè)，北部為1320采空區(qū)，南部為1318采空區(qū)，東部為1400采區(qū)皮帶巷，位置示意如圖2所示。1319正、付巷為煤巷，將作為1319工作面的回風(fēng)巷和輔助回風(fēng)巷，均沿煤層底板掘進(jìn)。圍巖性質(zhì)為：頂板為深灰色泥質(zhì)粉砂巖；底板為黑色粉砂質(zhì)泥巖，含大量植物化石，其中底板頂部0.1 m為炭質(zhì)泥巖。正付巷兩條巷道毛斷面尺寸均為5 m×4 m，巷道斷面較大，采用支護(hù)方式為錨網(wǎng)支護(hù)，如圖3所示。巷道兩幫為5根幫錨桿，桿體為20#左旋無縱筋螺紋鋼專用錨桿鋼材，長(zhǎng)度為2 000 mm，極限拉斷力為188 kN，屈服力為126 kN，延伸率為17%，排距1 m，間距850 mm。頂板為6根錨桿，桿體為20#左旋無縱筋螺紋鋼專用錨桿鋼材，長(zhǎng)度為2 400 mm，極限拉斷力為188 kN，屈服力為126 kN，延伸率為17%，頂錨桿排距1 m，間距900 mm。同時(shí)采用Φ 21.8 mm L8 300 mm預(yù)應(yīng)力錨索加強(qiáng)支護(hù)，排距2 m，間距1 800 mm。

在現(xiàn)場(chǎng)施工期間，1319正付巷掘進(jìn)前400 m范圍內(nèi)，在巷道開掘后，工作面后方巷道底鼓嚴(yán)重，部分地段底鼓量超過500 mm，嚴(yán)重影響了皮帶運(yùn)輸與軌道運(yùn)輸。為了在掘進(jìn)工作面后方能夠順利敷設(shè)或調(diào)整軌道和保證皮帶輸送機(jī)的安全運(yùn)行以及行人安全，需要抽調(diào)人員進(jìn)行起底，嚴(yán)重影響了掘進(jìn)進(jìn)度，降低了勞動(dòng)生產(chǎn)效率。

圖2　1319工作面位置示意

圖3　1319正付巷巷道支護(hù)示意

3　支護(hù)參數(shù)優(yōu)化及現(xiàn)場(chǎng)效果

根據(jù)上文中巷道底鼓機(jī)理及現(xiàn)有1319正付巷支護(hù)設(shè)計(jì)可以發(fā)現(xiàn)，1319正付巷支護(hù)設(shè)計(jì)存在一定的缺陷與不足：

（1）只強(qiáng)調(diào)了掘進(jìn)巷道的頂板支護(hù)，而對(duì)底板及巷幫的變形與支護(hù)缺乏足夠重視；

（2）未考慮巷道頂?shù)装鍑鷰r巖性和塑性區(qū)的發(fā)展以及本礦3#煤層裂隙發(fā)育破碎程度較高的現(xiàn)狀，考慮因素不夠周全；

（3）根據(jù)文獻(xiàn)［5］巷道的破壞發(fā)生在頂?shù)装迨且驗(yàn)樗綉?yīng)力大于垂直應(yīng)力。原支護(hù)設(shè)計(jì)未做深入研究，理論依據(jù)不夠全面。

在原有支護(hù)設(shè)計(jì)方案下，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，綜合考慮各項(xiàng)影響因素：

（1）1319正付巷頂?shù)装鍘r體強(qiáng)度較低，巷角易發(fā)生應(yīng)力集中，造成塑性區(qū)范圍較大；

（2）1300采區(qū)3#煤層煤體裂隙較發(fā)育，煤層松軟，強(qiáng)度較低，以煤體作為巷幫，巷幫承載能力較低，下沉量大，加劇了底板破碎程度；

（3）1319正付巷巷幫松軟破碎，導(dǎo)致巷道底板承受水平應(yīng)力的能力較低；

（4）在現(xiàn)場(chǎng)施工中巷幫支護(hù)中的最下面一排錨桿由于巷道超挖或幫錨桿排距不達(dá)標(biāo)，導(dǎo)致部分地段最下面一排錨桿距底板超過400 mm，對(duì)巷道底角達(dá)不到有效支護(hù)作用，促使巷道底角易發(fā)生塑性流動(dòng)。

另外，為了節(jié)約現(xiàn)場(chǎng)勞動(dòng)強(qiáng)度和生產(chǎn)成本，現(xiàn)制定巷道支護(hù)方案如下（如圖4所示）：

（1）頂板支護(hù)按原支護(hù)設(shè)計(jì)執(zhí)行：錨桿排距1 000 mm，間距900 mm，錨索間距1 800 mm，排距2 000 mm；

（2）巷幫支護(hù)中的最上面一排錨桿由原來的10°變?yōu)?0°；

（3）巷幫支護(hù)中的最上面一排錨桿距頂板間距由原來的200 mm變?yōu)?00 mm；

（4）巷幫支護(hù)中的最下面一排錨桿由原來的平行于底板變?yōu)橄虻装宸较?30°；

（5）巷幫支護(hù)中的最下面一排錨桿距底板由原來的400 mm變?yōu)?00 mm；

（6）幫錨桿排距1 000 mm，間距為850 mm。

圖4　1319正付巷巷道支護(hù)方案示意

通過改變現(xiàn)場(chǎng)支護(hù)方式，1319正付巷在后續(xù)的掘進(jìn)作業(yè)中底鼓現(xiàn)象得到有效控制。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)與統(tǒng)計(jì)，后期的巷道掘進(jìn)過程中，巷道底鼓量與發(fā)生底鼓地段的數(shù)量都明顯降低，后期未發(fā)現(xiàn)一處底鼓量超過500 mm的地段。底鼓量的減少，減小了對(duì)巷道中皮帶和軌道的影響，降低了現(xiàn)場(chǎng)起底的工作量，進(jìn)而提高了工作效率。

4　結(jié)論

（1）巷道在掘進(jìn)過程中，圍巖巖性與煤體強(qiáng)度對(duì)巷道變形具有重要影響：圍巖和煤體強(qiáng)度越大，巷道變形量越小，反之，變形量增大。

（2）加固巷幫巷角，能夠改變巷道圍巖的應(yīng)力分布狀態(tài)，能夠提高兩幫和幫角強(qiáng)度，加強(qiáng)巷幫的支撐能力，減小應(yīng)力集中的程度，控制塑性區(qū)的發(fā)展，進(jìn)而達(dá)到減小底鼓量的目的。

（3）通過加固巷幫巷角能夠有效控制巷道底鼓變形，而且施工簡(jiǎn)單，比較易于現(xiàn)場(chǎng)推廣。

參考文獻(xiàn)

［1］柏建彪，李文峰，王襄禹，等.采動(dòng)巷道底鼓機(jī)理與控制技術(shù)［J］.采礦與安全工程學(xué)報(bào)，2011，28（1）: 1-5.

［2］王衛(wèi)軍，馮濤.加固兩幫控制深井巷道底鼓的機(jī)理研究［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2005，24（5）: 808-811.

［3］王衛(wèi)軍，侯朝炯，馮濤.動(dòng)壓巷道底鼓［M］.北京:煤炭工業(yè)出版社，2003: 72-78.

［4］侯朝炯、何亞男、李曉，等.加固巷道幫角控制底鼓的研究［J］.煤炭學(xué)報(bào)，1995，20（3）: 229-234.

［5］姜耀東，劉文崗，趙毅鑫，等.開灤礦區(qū)深部開采中巷道圍巖穩(wěn)定性研究［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2005，24（11）: 1857-1862.

Practice of Reinforcing Roadway Wall and Angle to Control Floor Heave in 1319 Working Face

Han Yanghong
（Zhulinshan Coal Mine Co.，LTD. of Shanxi Yangcheng Yangtai Group，Jincheng Shanxi，048000）

Abstract：The 1319 working face is the last fully mechanized working face of the 1300 mining area of Zhulinshan Mine. When mining the main and deputy lane of 1319 working face，because the mine pressure appears obviously，the floor heave is serious，the floor heave is serious and even more than 500 mm after mining some parts，it seriously affects the underground transportation，ventilation and pedestrian safety. In order to control the floor heave，the method of reinforcing roadway wall and angle is used in the later mining，the roadway support design is optimized and improved，the floor heave is effectively controlled，the larger floor heave phenomenon does not appears，these provide the favorable conditions to realize high production and efficiency for the mine.

Key words：floor heave；reinforcing roadway wall；roadway wall support

中圖分類號(hào)TD353+.6

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼B

文章編號(hào)1000-4866（2016）03-0021-03

作者簡(jiǎn)介

韓陽紅，男，1975年出生，現(xiàn)在山西陽泰集團(tuán)竹林山煤礦有限公司工作，生產(chǎn)科科長(zhǎng)，助理工程師。

收稿日期：2016-03-05