跨采巷道圍巖變形分析

劉 潮

（山西汾西礦業(yè)集團(tuán)安監(jiān)局， 山西 介休 032000）

1 工程概況

某礦21盤區(qū)的輔助巷道布置于煤層底板，距底板距離為10～30 m范圍內(nèi)，巷道圍巖主要以砂巖、砂質(zhì)泥巖等為主，主要體現(xiàn)為圍巖松軟易風(fēng)化，遇水膨脹等特性。2114工作面地面標(biāo)高+825.0～+1 019.2 m，四煤層埋深380.0～570 m。從資料得知，2114工作面要跨21盤區(qū)總回風(fēng)平巷、軌道下山和皮帶下山三條主要巷道開采，其位置關(guān)系如圖1所示。

圖1 2114工作面與加固巷道位置關(guān)系平面圖

2114工作面開采的四煤層與21區(qū)總回風(fēng)平巷間距在10.9～19.2 m之間，與軌道、皮帶下山層間距在12.2～27.3 m之間。

由資料可知，21區(qū)總回風(fēng)平巷、軌道下山、皮帶下山三條巷道圍巖為中、細(xì)粒砂巖，砂質(zhì)泥巖，粘土巖。圍巖的巖性復(fù)雜，泥巖、砂巖互層，且具有見水軟化、膨脹等軟巖特性。另外通過(guò)井下實(shí)地察看巷道變形情況和查閱相關(guān)地質(zhì)資料，礦區(qū)具有相當(dāng)大的水平應(yīng)力[1]。

2114工作面位于21采區(qū)第一分段東翼，北為1384工作面（已回采），南為2134工作面（已回采），西為2124工作面（未布置），東為原2114工作面（已回采），該工作面煤層埋深為472.3～574.2 m。2114工作面開采煤層為四煤層，厚度為0.8～2.5 m，平均為2 m。工作面煤層頂?shù)装迩闆r見表1。

表1 煤層頂?shù)装迩闆r表

2 巷道支護(hù)

2.1 軌道下山

軌道下山為直墻半圓拱形巷道，凈寬3 600 mm，凈高3 400 mm，凈斷面積10.85 m2，原支護(hù)方式為錨網(wǎng)索噴支護(hù)。具體為：巷道頂板及兩幫均采用直徑為16 mm、長(zhǎng)為2 000 mm的普通螺紋鋼錨桿，壓3 200 mm×1 700 mm金屬網(wǎng)支護(hù)，錨桿間排距為750 mm×750 mm；巷道頂板布置三排錨索，間排距為1 500 mm×3 000 mm，錨索規(guī)格為Ф15.50 mm×6 000 mm；采用水泥、石粉、速凝劑做噴漿材料，且噴層厚度為100 mm；在下山與底板道間距小于10 m時(shí)，在采用錨網(wǎng)噴、錨索的基礎(chǔ)上，同時(shí)采用鋼骨架進(jìn)行聯(lián)合支護(hù)[2]。

2.2 皮帶下山

皮帶下山為直墻半圓拱形巷道，凈寬3 600 mm，凈高3 000 mm，凈斷面積9.41 m2，原支護(hù)方式為錨網(wǎng)索噴支護(hù)。具體為：巷道頂板及兩幫均采用直徑為18 mm、長(zhǎng)為2 000 mm的普通螺紋鋼錨桿，金屬網(wǎng)余錨噴支護(hù)參數(shù)與尺寸均與軌道下山巷道支護(hù)一致。

2.3 總風(fēng)平巷

總風(fēng)平巷為直墻半圓拱形巷道，凈寬4 260 mm，凈高3 384 mm，凈斷面積11.39 m2，原支護(hù)方式為錨網(wǎng)索噴支護(hù)。具體為：巷道頂板及兩幫均采用直徑為18 mm、長(zhǎng)為2 200 mm的普通螺紋鋼錨桿，金屬網(wǎng)余錨噴支護(hù)參數(shù)與尺寸均與軌道下山巷道支護(hù)一致。

3 巷道支護(hù)現(xiàn)狀

21區(qū)準(zhǔn)備巷道經(jīng)歷過(guò)多次維修加固，其上方的2號(hào)煤層已經(jīng)回采完畢，經(jīng)歷了較大的采動(dòng)影響，且2號(hào)煤層在回采時(shí)留有煤柱，因此處于煤柱下方的巷道處于應(yīng)力集中影響范圍之內(nèi)，圍巖變形嚴(yán)重。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)觀察和資料研究，加固巷道的支護(hù)現(xiàn)狀和變形情況如下，如圖2所示。

1）21區(qū)總風(fēng)上平巷AB1段原采用錨網(wǎng)噴支護(hù)，此段受2112工作面開采所留煤柱的影響巷道變形嚴(yán)重，巷道兩幫收斂導(dǎo)致尖頂性破壞，冒頂也比較嚴(yán)重；B1C段原采用錨網(wǎng)噴及發(fā)碹支護(hù)，目前此段巷道情況良好[3]。

2）21區(qū)軌道下山一甩車場(chǎng)以上地段原采用錨網(wǎng)噴及發(fā)碹支護(hù)，局部地段受2號(hào)煤層所留區(qū)段煤柱的影響，頂板破碎并有冒頂現(xiàn)象；甩車場(chǎng)以下地段采用錨網(wǎng)噴及發(fā)碹支護(hù)，此段巷道情況良好；一甩車場(chǎng)采用錨網(wǎng)噴及錨索支護(hù)，由于受2112工作面開采所留煤柱的影響，局部地方鼓底嚴(yán)重。

3）21皮帶下山DE段采用錨注支護(hù)，目前情況較好；EF段采用發(fā)碹和錨網(wǎng)噴支護(hù)，局部地段受2號(hào)煤層所留區(qū)段煤柱的影響，頂板破碎冒頂并采用U型鋼棚和木棚支護(hù)。

圖2 加固巷道分段圖

4 跨采動(dòng)壓巷道圍巖穩(wěn)定性的影響分析

影響跨采動(dòng)壓巷道圍巖穩(wěn)定性的因素可分為兩大類，即巷道圍巖地質(zhì)條件和煤層開采方法。巷道圍巖地質(zhì)條件主要包括煤巖體力學(xué)性質(zhì)、地質(zhì)構(gòu)造、開采深度、煤層開采厚度、煤層傾角、水文地質(zhì)；煤層開采方法主要有成巷時(shí)間、巷道布置和巷道維護(hù)方式。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)察看和對(duì)地質(zhì)資料分析，影響白皎煤礦巷道加固的主要因素如下[4]：

4.1 巷道圍巖條件

1）高應(yīng)力軟巖水平應(yīng)力大，高構(gòu)造應(yīng)力，強(qiáng)流變，強(qiáng)膨脹。適當(dāng)可控讓壓，輔助支護(hù)加強(qiáng)護(hù)表面積。

2）復(fù)合頂板砂巖、泥巖互層強(qiáng)度低，易發(fā)生離層，破碎。初期需加大錨桿預(yù)應(yīng)力，增加錨桿預(yù)應(yīng)力范圍。

4.2 松動(dòng)圈

從現(xiàn)場(chǎng)了解的情況看，部分巷道變形嚴(yán)重，圍巖松動(dòng)圈擴(kuò)大。初步建議加長(zhǎng)錨桿錨固范圍。

4.3 2114工作面采動(dòng)

2114工作面開采對(duì)巷道影響在于回采擾動(dòng)破壞巷道圍巖應(yīng)力平衡和工作面超前壓力對(duì)巷道的施加作用。應(yīng)對(duì)措施是通過(guò)圍巖和支護(hù)體可控形變自動(dòng)調(diào)節(jié)應(yīng)力分布，建議使用高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力讓均壓錨桿。

4.4 煤柱應(yīng)力

開采過(guò)程中所留設(shè)的煤柱，受兩側(cè)或多側(cè)采空的影響而產(chǎn)生應(yīng)力疊加，會(huì)形成較高的煤柱支撐壓力，大煤柱的壓力集中系數(shù)能達(dá)到3～4，小煤柱的壓力集中系數(shù)能達(dá)到4～6。上層遺留的煤柱還會(huì)向下傳遞集中壓力，影響深度可達(dá)百米以上。因此，在煤柱下方的巷道處于應(yīng)力集中區(qū)內(nèi)。加固范圍內(nèi)21區(qū)準(zhǔn)備巷道與2號(hào)煤層間距20～40 m之間，其中2號(hào)煤層在開采時(shí)留下兩段煤柱，一部分區(qū)段煤柱，一部分是2112工作面內(nèi)煤柱，從現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)看這兩段煤柱均對(duì)處于應(yīng)力集中影響區(qū)的巷道產(chǎn)生了一定的影響，其中受2112工作面所留煤柱的影響，處于應(yīng)力集中影響區(qū)的回風(fēng)平巷局部地段和軌道下山甩車場(chǎng)巷道變形較嚴(yán)重，屬于重點(diǎn)加固的范圍[5]。

4.5 水

從所得資料看，2號(hào)、4號(hào)煤層煤系地層中粘土巖和砂質(zhì)泥巖遇水軟化明顯，易崩解。上部巖層含水，回采期間及回采后需密切觀測(cè)，減少對(duì)巷道支護(hù)的影響。

5 結(jié)語(yǔ)

結(jié)合礦區(qū)地質(zhì)資料對(duì)巷道變形大等問(wèn)題分析跨采巷道的支護(hù)現(xiàn)狀，能夠?yàn)橄锏乐ёo(hù)的優(yōu)化提供指導(dǎo)，但是為了更加準(zhǔn)確地對(duì)巷道進(jìn)行支護(hù)優(yōu)化，必須對(duì)巷道圍巖性質(zhì)進(jìn)行進(jìn)一步檢測(cè)，具體采取現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)以及選取試驗(yàn)巷道進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)

[1]張春，張連英，李凱.騎跨采動(dòng)壓巷道圍巖穩(wěn)定性數(shù)值模擬[J].徐州工程學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2011（1）：40-46.

[2]湯雪唯，張向陽(yáng).深井跨采巷道圍巖應(yīng)力分布及變形規(guī)律模擬研究[J].煤炭技術(shù)，2010（3）：189-192.

[3]李佳佳，高明中，王素軍.近距離采動(dòng)影響巷道穩(wěn)定性數(shù)值模擬研究[J].煤炭技術(shù)，2010（1）：79-81.

[4]張學(xué)臣，李大勇，陳士海.跨采巷道的圍巖穩(wěn)定性預(yù)測(cè)與控制[J].采礦與安全工程學(xué)報(bào)，2008（3）：361-365.

[5]謝文兵，史振凡，殷少舉.近距離跨采對(duì)巷道圍巖穩(wěn)定性影響分析[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2004（12）：1 986-1 991.