護(hù)巷煤柱中部水倉加固技術(shù)研究

摘 要：以納林河二號礦為工程背景，對護(hù)巷煤柱中部水倉段穩(wěn)定性進(jìn)行了分析，提出了墩柱加固方案，監(jiān)測結(jié)果表明：回采期間，水倉頂板最大下沉量為55mm，兩幫移進(jìn)量最大為34mm，圍巖整體變形不大，均在可控范圍內(nèi)，墩柱受力滿足強(qiáng)度要求，表明加固方案科學(xué)合理，滿足安全生產(chǎn)要求。

關(guān)鍵詞：護(hù)巷煤柱；中部水倉；墩柱；加固

0 前言

留設(shè)煤柱一直是煤礦中傳統(tǒng)的護(hù)巷方法，傳統(tǒng)的留煤柱護(hù)巷方法是在上區(qū)段運(yùn)輸順槽和下區(qū)段回風(fēng)順槽之間留設(shè)一定寬度的煤柱，使下區(qū)段順槽避開固定支承壓力峰值區(qū)。煤柱水倉的留設(shè)，為解決礦井排水提供了便利，但改變了煤柱的應(yīng)力分布，增加了支護(hù)難度。為了降低風(fēng)險，保證下個工作面在過煤柱水倉時正?；夭?，本文對護(hù)巷煤柱水倉進(jìn)行了加固設(shè)計與研究。

1 工程概況

烏審旗蒙大礦業(yè)有限責(zé)任公司是中煤集團(tuán)未來發(fā)展的重點(diǎn)之一，其下屬納林河二號礦井平均采深約550m，3-1煤工作面煤柱留設(shè)寬度為25m。31102工作面一號水倉布置在31102工作間與31103工作面之間的25m煤柱中，位于19號與20號聯(lián)巷之間，水倉寬度兩側(cè)煤柱較小，為10.4m，水倉寬度4.2m。煤柱水倉段受回采時超前壓力以及回采后對煤柱側(cè)向壓力影響，水倉易發(fā)生變形、破壞，所以需要對于水倉提前進(jìn)行加固處理。

2 護(hù)巷煤柱水倉段穩(wěn)定性理論分析

護(hù)巷煤柱一側(cè)為回采區(qū)，一側(cè)為采準(zhǔn)巷道?；夭煽臻g和采準(zhǔn)巷道在護(hù)巷煤柱兩側(cè)形成各自的塑性變形區(qū)，塑性區(qū)的寬度分別為x0，x1。護(hù)巷煤柱保持穩(wěn)定的基本條件是：煤柱兩側(cè)產(chǎn)生塑形變形后，在煤柱中央存在一定寬度的彈性核，彈性核的寬度不應(yīng)小于2倍煤柱高度。即使在煤柱內(nèi)開挖一條非常窄的巷道，也會引起煤柱應(yīng)力重新分布，造成有效支承面積減小，煤柱承載力急劇下降。煤柱中布置水倉就是如此。

水倉靠采空區(qū)側(cè)護(hù)巷煤柱易整體失穩(wěn)。由于水倉靠采空區(qū)側(cè)小煤柱整體失穩(wěn)，導(dǎo)致煤壁峰值應(yīng)力向深處轉(zhuǎn)移，造成水倉靠順槽小煤柱壓力增加，帶來的問題可能如下：

①煤柱整體失穩(wěn)。由于兩側(cè)巷道的存在，兩側(cè)相加為11m，大于水倉靠輔順小煤柱的寬度10.4m，導(dǎo)致水倉兩側(cè)的小煤柱均存在整體失穩(wěn)的風(fēng)險，且水倉靠采空區(qū)小煤柱整體失穩(wěn)風(fēng)險性最大。

②輔運(yùn)順槽壓力大，變形大。輔運(yùn)順槽壓力大，大煤柱整體壓縮，輔運(yùn)順槽頂板不均勻下沉，副幫側(cè)頂板下沉量大于正幫側(cè)頂板下沉量，頂板呈現(xiàn)傾斜狀態(tài)，由于水倉靠輔順小煤柱壓力增大，副幫出現(xiàn)鼓出現(xiàn)象。

③水倉嚴(yán)重變形甚至垮塌。水倉處于煤柱的彈性區(qū)，位于應(yīng)力峰值附近，壓力大，同時長期處于礦井水浸泡中，圍巖強(qiáng)度降低，因此水倉存在嚴(yán)重變形及垮塌的風(fēng)險。

④煤柱水倉段沖擊礦壓風(fēng)險陡增。煤柱水倉段在二次回采時，受超前采動影響，水倉兩側(cè)小煤柱及回風(fēng)順槽（上個面輔運(yùn)順槽）支承壓力陡增，煤巖體所受的應(yīng)力超過自身強(qiáng)度，在頂板超前來壓的作用下，極易造成輔運(yùn)順槽發(fā)生沖擊礦壓現(xiàn)象。

3 護(hù)煤柱水倉段加強(qiáng)支護(hù)設(shè)計

3.1 原有支護(hù)

在31102工作面一號水倉內(nèi)架設(shè)單體，水倉長度為50m。按一排三根、間排距1m布置；采用型號為DW31.5-300/110單體支柱，打設(shè)單體后活柱行程不小于200mm，初撐力符合規(guī)定要求。單體安設(shè)柱靴、柱帽，單體柱鞋安裝在硬底板上。

3.2補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)設(shè)計

在原有基礎(chǔ)上采用墩柱補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)。墩柱直徑600mm，高度3.1m，伸縮范圍0.5m，中心距5m。對于拱形巷道，按照《公路隧道設(shè)計規(guī)范》中圍巖壓力公式計算上覆巖層垮落高度及荷載。

式中：q為垂直均布壓力，kN/m2；γ為圍巖重度（kN/m3），取25；S為圍巖級別，考慮圍巖塑形變形，按5級考慮；B為巷道寬度，m；i為B每增加1m時的圍巖壓力增減率，以B=5m的垂直均布壓力為準(zhǔn)，當(dāng)B<5時，取i=0.2，當(dāng)B>5時，取i=0.1。

根據(jù)公式（2）計算得G=695kN/m，600mm直徑墩柱的支護(hù)強(qiáng)度為5652kN，墩柱中心距為5m時，每米支護(hù)強(qiáng)度為5652kN/5=1130kN/m>695kN/m，滿足要求。

為了增加護(hù)頂面積，在墩柱中間增加π型鋼梁，長度6m，兩端搭接在墩柱上。墩柱上部連接頂錨下部連接底錨。錨桿直徑22mm，長度1200mm，外露500mm。支護(hù)斷面圖見3.1。

4 現(xiàn)場工業(yè)性試驗(yàn)效果評價

現(xiàn)場布置了3個監(jiān)測斷面對水倉整體圍巖變形和墩柱受力進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測。監(jiān)測結(jié)果表明：回采期間，水倉頂板最大下沉量為55mm，兩幫移進(jìn)量最大為34mm，圍巖整體變形不大，均在可控范圍內(nèi)，墩柱受力滿足強(qiáng)度要求，表明加固方案科學(xué)合理，滿足安全生產(chǎn)要求。

5 結(jié)論

①理論分析表明，水倉恰處于煤柱的彈性區(qū)，位于應(yīng)力峰值附近，導(dǎo)致煤柱無彈性核，壓力大，同時長期處于礦井水浸泡中，圍巖強(qiáng)度降低，因此水倉存在嚴(yán)重變形及垮塌的風(fēng)險且靠采空區(qū)小煤柱整體失穩(wěn)風(fēng)險性最大。

②在水倉進(jìn)行了墩柱補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)。由監(jiān)測數(shù)據(jù)可知，回采期間，圍巖整體變形不大，均在可控范圍內(nèi)，墩柱受力滿足強(qiáng)度要求。加固方案可為類似工程設(shè)計提供一定參考價值。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡介：

潘涌治（1984- ），男，本科學(xué)歷，內(nèi)蒙古赤峰市人，助理級工程師，2009年畢業(yè)于內(nèi)蒙古科技大學(xué)，現(xiàn)從事現(xiàn)場技術(shù)管理工作。