近距離煤層下采上掘動(dòng)壓影響巷道支護(hù)技術(shù)研究

楊張杰 王慶牛

(安徽省煤炭科學(xué)研究院，安徽省合肥市，230001)

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★ 煤炭科技·開拓與開采 ★

近距離煤層下采上掘動(dòng)壓影響巷道支護(hù)技術(shù)研究

楊張杰 王慶牛

(安徽省煤炭科學(xué)研究院，安徽省合肥市，230001)

為解決潘一礦東區(qū)1262(3)工作面兩巷掘進(jìn)期間受其下方正在回采的1242(1)工作面采動(dòng)影響的巷道支護(hù)難題，根據(jù)潘一礦1262(3)工作面的工程地質(zhì)條件，分析動(dòng)壓巷道支護(hù)的影響因素和支護(hù)對(duì)策，并提出一種聯(lián)合分步支護(hù)方案。工程實(shí)踐表明，該方案有效地控制了巷道圍巖變形，取得了良好的支護(hù)效果。

下采上掘 動(dòng)壓影響 近距離煤層 支護(hù)技術(shù)

近距離煤層開采時(shí)，根據(jù)各煤層群開采順序可分為下行式開采和上行式開采兩種，先采上部煤層后采下部煤層稱為下行式開采，反之稱為上行式開采。因瓦斯治理開采保護(hù)層的需要，常采用上行式開采方法。此種開采方法雖然對(duì)瓦期治理有利，但下部煤層開采后，上部煤層處于蹬空狀態(tài)。若上下位巖層間距較小，會(huì)破壞上部煤層圍巖結(jié)構(gòu)，致使上組煤層頂?shù)装鍞嗔?、破碎、陷落、壓力增大，使煤層穩(wěn)定性遭到破壞，從而給上組煤層回采巷道的維護(hù)造成極大困難。當(dāng)下組煤層工作面正在回采時(shí)，下組煤層的上覆巖層運(yùn)動(dòng)仍處在劇烈活動(dòng)期內(nèi)，上組煤層回采巷道圍巖控制難度加大，礦壓顯現(xiàn)劇烈。本文以潘一礦東井1262(3)綜采面巷道為工程背景，針對(duì)該巷道掘進(jìn)期間由于受其下方的1242(1)工作面的采動(dòng)影響而難以支護(hù)的問題，在分析了巷道支護(hù)的影響因素和支護(hù)對(duì)策的基礎(chǔ)上，提出了錨桿錨索聯(lián)合分步支護(hù)方案，有效地控制了巷道圍巖的變形，并通過現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)總結(jié)了巷道變形的規(guī)律。

1 工程概況

潘一礦為高瓦斯礦井，由于瓦斯治理的需要，采用上行式開采方法。1262(3)工作面為潘一礦東區(qū)13#煤層首采工作面，直接頂以泥巖為主，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，巖石性脆，老頂以中細(xì)砂巖為主，中細(xì)粒結(jié)構(gòu)，鈣質(zhì)膠結(jié)，直接底以砂質(zhì)泥巖為主，砂泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，巖石性脆。1262(3)工作面標(biāo)高為-687.3 m～-726.8 m，地面標(biāo)高為+21.9 m～+22.5 m。1262(3)及其他工作面位置關(guān)系如圖1所示，1262(3)運(yùn)輸巷內(nèi)錯(cuò)1252(1)采空區(qū)15 m布置，軌道巷內(nèi)錯(cuò)1252(1)采空區(qū)65 m布置，在1262(3)兩巷掘進(jìn)過程中，其下部鄰近的1242(1)工作面正在回采。

圖1 1262(3)工作面位置關(guān)系圖

2 巷道支護(hù)影響因素分析

根據(jù)1262(3)工作面地質(zhì)資料分析，認(rèn)為影響1262(3)工作面兩巷圍巖穩(wěn)定的主要因素有以下4點(diǎn)：

(1)巷道受強(qiáng)動(dòng)壓影響。由于1262(3)工作面區(qū)域范圍內(nèi)11#和13#煤層間距僅70 m左右，而1252(1)工作面停采不到1年時(shí)間，并且其鄰近的1242(1)工作面在1262(3)軌道巷掘進(jìn)時(shí)正在掘進(jìn)回采，因此其上覆巖層、特別是軌道巷上覆巖層在巷道掘進(jìn)過程中仍處在劇烈活動(dòng)期內(nèi)。

(2)巷道處在拉應(yīng)力與壓應(yīng)力的轉(zhuǎn)折端，巷道呈現(xiàn)不均勻沉降，支護(hù)體易受剪切破壞。由于1262(3)運(yùn)輸巷內(nèi)錯(cuò)1252(1)采空區(qū)15 m布置、軌道巷內(nèi)錯(cuò)1252(1)采空區(qū)65 m布置，而上述區(qū)域均處在1252(1)采空區(qū)頂板彎曲下沉拉伸應(yīng)力區(qū)內(nèi)，將造成巷道水平應(yīng)力增大，使支護(hù)體易受剪切破壞。

(3)巷道埋深大，深井礦壓顯現(xiàn)特點(diǎn)突出。1262(3)工作面平均埋藏深度超過720 m，原巖應(yīng)力高，以致巷道圍巖穩(wěn)定性差，并且巷道圍巖變形具有明顯的時(shí)間效應(yīng)、空間效應(yīng)、易受擾動(dòng)、易受沖擊等深井礦壓顯現(xiàn)特點(diǎn)。

(4)頂板砂巖層含水。當(dāng)頂板有裂隙、構(gòu)造或錨索孔通達(dá)砂巖層時(shí)，頂板淋水，造成頂板泥巖膨脹和強(qiáng)度弱化，泥巖的膨脹變形會(huì)在錨索上產(chǎn)生巨大的載荷，同時(shí)頂板淋水還會(huì)使錨桿和錨索發(fā)生銹蝕，降低錨桿和錨索的承載力。

3 巷道圍巖支護(hù)對(duì)策及技術(shù)方案

3.1 近距離動(dòng)壓巷道的支護(hù)對(duì)策

(1)采用錨網(wǎng)索組合支護(hù)，有效地實(shí)現(xiàn)支護(hù)體結(jié)構(gòu)與圍巖共同承載。采用組合支護(hù)，不僅可以在巷道表面形成整體支護(hù)結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了整體支護(hù)能力，同時(shí)在支護(hù)結(jié)構(gòu)實(shí)際承載過程中，均衡錨桿錨索的受力，將受力過大的部分載荷傳遞給受力較小的錨桿和錨索。

(2)改善巷道支護(hù)體結(jié)構(gòu)，防止或減緩支護(hù)體結(jié)構(gòu)受剪切破壞。為了緩沖頂板巖層的水平錯(cuò)動(dòng)，避免因槽鋼梁與錨索之間產(chǎn)生相互剪切造成錨索破斷，頂板槽型鋼梁上的錨索孔可以設(shè)計(jì)為腰形孔。

(3)采取分步支護(hù)，有控制地釋放巷道圍巖的形變壓力。由于1262(3)工作面軌道巷在掘進(jìn)過程中受其下方正在回采的1242(1)工作面的強(qiáng)動(dòng)壓作用的影響，一次支護(hù)不能有效控制圍巖變形，巷道支護(hù)應(yīng)分步進(jìn)行，初始支護(hù)在保持巷道圍巖穩(wěn)定的前提下，允許圍巖有一定的變形以釋放壓力；隔一定的時(shí)間后實(shí)施二次支護(hù)，保持巷道的長期穩(wěn)定。

(4)關(guān)鍵部位點(diǎn)柱或木垛加強(qiáng)，巷道受1242(1)工作面回采動(dòng)壓影響期間，巷中架設(shè)一排走向單體挑棚，起到承載梁減小跨距的作用，同時(shí)對(duì)頂板的離層冒落起到直觀外顯和早期預(yù)警作用。

3.2 近距離動(dòng)壓巷道的支護(hù)方案

根據(jù)潘一礦東區(qū)13#煤層的賦存條件，結(jié)合強(qiáng)動(dòng)壓巷道圍巖的變形特點(diǎn)，1262(3)綜采面巷道支護(hù)設(shè)計(jì)分兩步實(shí)施，即掘進(jìn)期間的初始支護(hù)設(shè)計(jì)和動(dòng)壓影響期間的加固設(shè)計(jì)。

掘進(jìn)期間巷道頂板錨桿錨索采用組合支護(hù)，巷道頂板支護(hù)結(jié)構(gòu)如圖2所示，巷道頂板每排布置7根錨桿5根錨索，錨桿由M5鋼帶組合在一起。錨桿規(guī)格為?22 mm×2500 mm，錨桿間排距為800 mm×800 mm，錨索由14#槽鋼梁組合在一起，槽鋼梁位于兩根鋼帶之間，槽鋼梁上錨索孔為腰形孔，錨索間排距為1000 mm×800 mm，錨索規(guī)格為?22 mm×7300 mm。巷道幫部支護(hù)結(jié)構(gòu)如圖3所示，巷道兩幫每排均布置5根錨桿，由M5鋼帶組合一起。高幫錨桿間排距為800 mm×800 mm，低幫錨桿間排距為750 mm×800 mm。由于錨索延伸率小，為了提高錨索適應(yīng)圍巖大變形的需要，在頂板錨索外錨段鋼托板上放置讓壓木墊板，可使錨索具有較好的抗頂板沖擊載荷和提高錨索適應(yīng)圍巖變形的能力。在巷道受動(dòng)壓影響前，在巷道兩幫各布置一排走向槽鋼組合錨索，幫部錨索距巷道底板距離為1500 mm，為了提高巷幫錨索的整體支護(hù)作用，錨索由14#槽鋼梁組合在一起，采用2.6 m長的槽鋼梁沿巷道走向連續(xù)布置，相鄰槽鋼之間錨索間距不大于800 mm，巷幫錨索規(guī)格為?22 mm×4300 mm。在巷道掘進(jìn)工作面距1242(1)回采工作面100 m及1242(1)工作面采后300 m動(dòng)壓影響期間內(nèi)，在1262(3)軌道巷道巷中位置施工一排走向單體挑棚補(bǔ)強(qiáng)加固。

圖2 巷道頂板支護(hù)方案圖

圖3 巷道幫部支護(hù)方案圖

4 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

為了監(jiān)測(cè)動(dòng)壓影響下采用該方案的1262(3)軌道巷實(shí)施加固支護(hù)后的效果，對(duì)巷道采用了十字布點(diǎn)法進(jìn)行了表面位移監(jiān)測(cè)，以分析圍巖是否達(dá)到了穩(wěn)定狀態(tài)，巷道位移監(jiān)測(cè)包括兩幫相對(duì)移近量和頂?shù)装逡平績(jī)身?xiàng)內(nèi)容。本文以1#測(cè)點(diǎn)為例，其圍巖變形量與工作面推進(jìn)距離關(guān)系如圖4所示。

圖4 1#測(cè)點(diǎn)圍巖變形量與工作面推進(jìn)距離關(guān)系圖

由圖4可以看出，1#測(cè)點(diǎn)離1242(1)工作面平均距離為255 m，當(dāng)1#測(cè)點(diǎn)距1412(1)工作面160 m時(shí)，巷道圍巖變形開始緩慢增加；當(dāng)1242(1)工作面采過1#測(cè)點(diǎn)距離約20 m時(shí)，巷道圍巖變形開始急劇增加；當(dāng)工作面采過測(cè)點(diǎn)約180 m后，巷道圍巖變形相對(duì)減緩，但仍以一定速度變形；當(dāng)工作面采過測(cè)點(diǎn)約350 m后，1412(1)上覆巖層運(yùn)動(dòng)趨于相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)，上覆巖層中的巷道圍巖變形也進(jìn)一步趨于平緩至相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)，此時(shí)巷道頂?shù)装逡平繛?170 mm(底鼓量為955 mm，頂板下沉量為215 mm)，兩幫移近量為755 mm，巷道斷面滿足使用要求。

5 結(jié)語

(1)由于瓦斯治理需要和礦井接替緊張等因素，煤礦生產(chǎn)中形成下采上掘的態(tài)勢(shì)，對(duì)于上層煤層中的巷道的掘進(jìn)和維護(hù)帶來了極大的影響。

(2)潘一礦1262(3)軌道巷道的工程實(shí)踐表明，近距離下采上掘動(dòng)壓影響巷道采用上述支護(hù)方案進(jìn)行支護(hù)和加固能夠有效地控制住巷道的變形，滿足安全生產(chǎn)需要。

(3)1262(3)軌道巷受其下1242(1)工作面回采動(dòng)壓影響范圍為：超前工作面160 m至滯后工作面約350 m；劇烈影響范圍：超前工作面20 m至滯后工作面150 m。

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(責(zé)任編輯 陶 賽)

Study on support technology of roadway affected by dynamic pressure with lower layer mining and upper layer excavation

Yang Zhangjie，Wang Qingniu

(Anhui Academy of Coal Science, Hefei, Anhui 230001, China)

In order to solve support problems of roadway affected by dynamic stress with upper lay excavation and lower layer mining production in Panyi Mine, according to project geological condition of No. 1262(3) work face in Panyi Mine, the influential factor of dynamic stress roadway support and support measures were analyzed, and a reinforcement scheme was proposed. Field experiment result showed that the combined step-by-step support scheme could effectively prevent roadway deformation, and favorable support effect was achieved in application.

lower layer mining and upper layer excavation, dynamic stress effect, contiguous seams, support technique

楊張杰，王慶牛 . 近距離煤層下采上掘動(dòng)壓影響巷道支護(hù)技術(shù)研究 [J]. 中國煤炭，2017，43(4)：62-64，74. Yang Zhangjie，Wang Qingniu . Study on support technology of roadway affected by dynamic pressure with lower layer mining and upper layer excavation [J]. China Coal，2017，43(4)：62-64，74.

TD324

A

楊張杰(1963-)，男，安徽懷寧人，副研究員，安徽省煤科院副總工程師，長期從事深井軟巖巷道圍巖控制技術(shù)方面研究工作。