采動(dòng)影響下松軟煤層巷道支護(hù)技術(shù)研究

張寶國(guó) 孟現(xiàn)明 孔祥太

摘 要：針對(duì)某煤礦相鄰生產(chǎn)作業(yè)面采動(dòng)影響下的4328工作面進(jìn)風(fēng)巷道的支護(hù)困難問(wèn)題，通過(guò)實(shí)際測(cè)量以及依托軟件FLAC2D進(jìn)行模擬，分析了某煤礦松軟煤層巷道在上一層工作面?zhèn)认驓堄嘀С袎毫ψ饔孟碌膰鷰r變形規(guī)律，基于圍巖變形規(guī)律設(shè)計(jì)了鋼制支架（U型）配合自攻全程螺旋錨固錨桿補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)。最終研究結(jié)果表明：回采4329工作面后，與煤壁距離大約12米處出現(xiàn)了側(cè)向殘余支承壓力的峰值，1.89是應(yīng)力集中系數(shù)的峰值，4328工作面進(jìn)風(fēng)巷處在1.60的應(yīng)力集中系數(shù)區(qū)域，從以上研究數(shù)據(jù)不難看出，巷道失去穩(wěn)定產(chǎn)生破壞的主要因素是巷道圍巖的變形時(shí)不均勻的。

關(guān)鍵詞：松軟煤層；鋼制支架（U型）；全程螺旋錨固錨桿

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.09.071

為了盡可能的降低煤炭資源的浪費(fèi)，工作面交替進(jìn)程中的保護(hù)煤柱的尺寸規(guī)格不能偏大，下一工作面巷道受到的應(yīng)力在上一工作面殘余支承壓力的作用下，出現(xiàn)了急劇的應(yīng)力集中現(xiàn)象，在這種應(yīng)力集中狀態(tài)下，當(dāng)工作面為松軟或者破碎煤層時(shí)，維護(hù)巷道工作性能穩(wěn)定的措施更加困難。以外采取的單一支護(hù)技術(shù)不能滿足承載結(jié)構(gòu)的支護(hù)要求，對(duì)采煤巷道圍巖的不均勻變形不能起到有效的支撐作用。鋼制支架（U型）、管棚錨索耦合、錨桿鋼絲網(wǎng)索以及超前小導(dǎo)管注漿等圍巖變形控制技術(shù)是目前采煤巷道在采動(dòng)影響下所采取的只要支護(hù)措施，根據(jù)地質(zhì)條件和采礦外界條件的不同，每一種控制圍巖變形的措施帶來(lái)的處理效果是不同的。本文選取的案例煤礦中4328工作面是5號(hào)煤層第6采煤區(qū)的掃尾工作面，其長(zhǎng)度約為120米，與4329工作面相鄰區(qū)域的回采工作已基本完成。5號(hào)煤層的有效出煤層厚度約為6.5米，煤層存在一定的傾斜角度，傾斜角度平均約為5度，埋置深度大約在490米左右。

1 巷道產(chǎn)生變形失去穩(wěn)定的原因

1.1 影響巷道圍巖穩(wěn)定性因素分析

利用FLAC2D數(shù)值模擬軟件，依據(jù)地址條件特點(diǎn)，建立4328工作面力學(xué)模型。模型的長(zhǎng)度為150米，寬度為90米，在模型上部施加均勻荷載，荷載強(qiáng)度為11MPa，為了便于計(jì)算，模型上部邊界簡(jiǎn)化為自由邊界，模型的左側(cè)簡(jiǎn)化為支承邊界，模型的右側(cè)也簡(jiǎn)化為支撐邊界，模型的下邊界與模型的上邊界相反，簡(jiǎn)化為固定邊界。模型的破壞標(biāo)準(zhǔn)采用摩爾-庫(kù)倫法則進(jìn)行破壞試驗(yàn)。（1）4328工作面進(jìn)風(fēng)巷道沿著3號(hào)煤礦的底面支撐板進(jìn)行挖掘前進(jìn)。3號(hào)煤層主要成分為塊粉煤，塊粉煤的煤質(zhì)硬度小且較為松軟，其中碎粒、糜棱煤均有零星的分布。深灰到黑灰色泥巖位于3號(hào)煤層頂板處、節(jié)理和裂隙十分發(fā)育的深灰到黑灰色泥巖平均厚度2.3米。粉砂巖是巷道底層的主要成分，粉砂巖的平均厚度為2米左右，由以上數(shù)據(jù)可知，4328工作面的整體強(qiáng)度是非常低的。（2）回采作業(yè)完畢的4329工作面，應(yīng)力明顯降低區(qū)與煤壁距離在0-5米之間，應(yīng)力明顯升高區(qū)與煤壁距離在5-60米之間，原始巖應(yīng)力區(qū)在距離煤壁60米之外的地方基本恢復(fù)。在距離煤壁大約12米的地方出現(xiàn)應(yīng)力峰值，最大應(yīng)力峰值為23MPa，原始巖應(yīng)力為12MPa。

1.2 巷道圍巖位移

在煤巷道的實(shí)際掘進(jìn)中，4328工作面巷道頂面的實(shí)際位移量為1.85米，巷道兩幫的實(shí)際位移量略小于頂面的位移量，兩幫的位移量約為1.56米。4329工作面巷道頂面的實(shí)際位移量為0.655米，巷道兩幫的實(shí)際位移量與頂面的位移量基本相當(dāng)，兩幫的位移量為0.656米。從FLAC2D數(shù)值模擬軟件的模型中可以看出，與煤巷道實(shí)際掘進(jìn)中頂面和兩幫的位移量進(jìn)行對(duì)比，頂面的位移量增加了251個(gè)百分點(diǎn)，兩幫的位移量增加了320個(gè)百分點(diǎn)，這說(shuō)明巷道發(fā)生劇烈變形的主要原因是，4328工作面進(jìn)風(fēng)巷受4329工作面?zhèn)认驓堄嘀С袎毫ψ饔靡鸬摹?/p>

2 控制巷道圍巖變形的技術(shù)

2.1 巷道支護(hù)的技術(shù)措施

4328工作面巷道為直墻半圓形拱門式，巷道凈截面長(zhǎng)度為4.6米，巷道凈截面寬度為3.2米?？紤]到巷道煤質(zhì)硬度小且較為松軟，其中碎粒、糜棱煤均有零星的分布，以及巷道在上工作面?zhèn)认驓堄嘀С袎毫Ξa(chǎn)生的變形特點(diǎn)，基于圍巖變形規(guī)律設(shè)計(jì)了鋼制支架（U型）配合自攻全程螺旋錨固錨桿補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)措施。

2.1.1 鋼制支架（U型）支護(hù)

鋼制支架（U型）支護(hù)技術(shù)措施中，支架采用3節(jié)U29型鋼支架，3節(jié)鋼支架之間的搭接均為0.5米，管棚使用間距為0.7米的2副卡纜，卡纜為雙槽夾板式。管棚背后接頂采用原木，護(hù)表采用鋼筋網(wǎng)。

2.1.2 鋼制支架（U型）配合自攻全程螺旋錨固錨桿

配合自攻全程螺旋錨固錨桿中的鋼制支架（U型）架設(shè)方式與2.1.1 中鋼制支架（U型）支護(hù)程序一樣，在該程序完成后，采用自攻全程螺旋錨固錨桿配合厚度為0.9米的槽鋼進(jìn)行托梁處理，全程螺旋錨固錨桿的尺寸為0.022米×2.5米。

2.2 支護(hù)方案模擬分析

當(dāng)不對(duì)4328工作面進(jìn)風(fēng)巷道采取任何支護(hù)措施時(shí)，巷道頂面位移量為0.655米，巷道兩幫位移量為0.656米。當(dāng)對(duì)巷道采取鋼制支架（U型）支護(hù)措施后，巷道頂面位移量為0.285米，下降幅度為56個(gè)百分點(diǎn)，巷道兩幫位移量為0.249米，下降幅度為62個(gè)百分點(diǎn)；當(dāng)采用鋼制支架（U型）配合自攻全程螺旋錨固錨桿措施后，巷道頂面位移量為0.183米，下降幅度為72個(gè)百分點(diǎn)，巷道兩幫位移量為0.175米，下降幅度為73個(gè)百分點(diǎn)。由此可見(jiàn)，從巷道頂面位移量來(lái)說(shuō)，采用鋼制支架（U型）配合自攻全程螺旋錨固錨桿比鋼制支架（U型）支護(hù)降低了35個(gè)百分點(diǎn)，從巷道兩幫位移量來(lái)說(shuō)，采用鋼制支架（U型）配合自攻全程螺旋錨固錨桿比鋼制支架（U型）支護(hù)降低了29個(gè)百分點(diǎn)。綜合以上分析，采用鋼制支架（U型）配合自攻全程螺旋錨固錨桿比單純的鋼制支架（U型）的支護(hù)效果更顯著。所以，4328工作面進(jìn)風(fēng)巷最終采用該技術(shù)方案。

3 結(jié)束語(yǔ)

采用鋼制支架（U型）配合自攻全程螺旋錨固錨桿后，4328工作面的回采工作開(kāi)始后，從未出現(xiàn)鋼支架變形現(xiàn)象，這表明軟弱巷道圍巖的變形得到了有效控制。

參考文獻(xiàn)：

[1]崔燕雷.采煤工作面頂板安全管理及預(yù)防措施研究[J].山西能源學(xué)院學(xué)報(bào)，2018（02）：41-43.