綜放工作面過空巷超前支護方案設(shè)計

孫志剛

(汾西礦業(yè)集團水峪煤業(yè)，山西 孝義 032300)

引 言

由于歷史上的開采局限性，我國中西部礦區(qū)受到許多小煤礦的開采，對整塊煤炭資源的破壞性較大，同時遺留了許多地質(zhì)生產(chǎn)條件不明的廢棄巷道。近年來，國家大力提倡發(fā)展安全高效礦井，推進煤炭資源整合和煤礦企業(yè)兼并重組，而整合后的煤礦企業(yè)在對保有資源重新布置回采的過程中，各類遺留廢棄巷道的存在對新的采掘工作造成重大困難及隱患，在快速推進及頂板保障方面我們還有大量的技術(shù)難點未實現(xiàn)突破[1-3]。其技術(shù)難點主要在于，空巷形成時間長，經(jīng)歷多個采動期，應(yīng)力環(huán)境復(fù)雜，回采巷道及工作面圍巖變形大，破碎松散，加之工作面推進時的超前壓力疊加，造成增高的應(yīng)力環(huán)境及無法自穩(wěn)的圍巖條件，對我們的支護工作提出重大挑戰(zhàn)。因此，有必要在工作面推采前，對前方空巷進行一定程度的超前支護，從而保證空巷頂板在工作面揭露時不會大面積冒落、垮塌，保證工作面過空巷期間的頂板有效支護及安全。本文即針對某礦9102工作面特殊地質(zhì)生產(chǎn)條件下的空巷超前支護展開研究。

1 地質(zhì)生產(chǎn)概況

該礦工作面平均埋深為114 m，走向為南北方向，走向長度1 089 m～1 121 m，傾斜長度170 m，煤層厚度6.22 m，煤層傾角近水平，使用綜放工藝。直接頂為平均厚度約3 m的砂巖，裂隙較發(fā)育，承載力弱，老頂為平均厚度達到15 m的粗砂巖，賦存相對穩(wěn)定，承載力較強。根據(jù)現(xiàn)有的地質(zhì)生產(chǎn)資料顯示，9102工作面推采范圍內(nèi)分布有63#等多處老空巷道，這些巷道年久失修，原為無支護巷道或支護早已失效。巷道分布圖，如第145頁圖1所示。

2 空巷超前支護難點分析

本工作面空巷分支、分叉較多，且空巷形成時間長，經(jīng)歷多個采動期，應(yīng)力環(huán)境復(fù)雜，煤幫及頂板煤體極為破碎，且在工作面過第一條空巷過程中，已顯示出諸多控制難點。

1) 礦山壓力強度明顯增大?？障锎嬖谑共蓤錾细矌r層擾動性增強，在煤體內(nèi)形成高應(yīng)力區(qū)和彈性能積聚區(qū)，易發(fā)生工作面頂板沿煤壁切落等頂板事故，例如某礦2404、2405工作面過空巷時就發(fā)生過頂板下切1.0 m左右的險情。見第145圖2。

2) 工作面與空巷交叉區(qū)域煤巖體穩(wěn)定性差。工作面揭露空巷過程中，端面煤體破碎，支架接頂狀況差，工作面與空巷交叉區(qū)域頂板冒漏嚴(yán)重，且空巷揭露后的煤壁為原空巷的破碎巷幫，易片幫，如第 頁圖2所示，為本工作面揭露首條斜交空巷時三角煤破壞及頂板冒漏狀況。

3) 通過數(shù)值模擬工具，確定9102工作面推至前需對老空巷道進行超前支護處理，合理的超前支護距離為約50 m，推進至50 m范圍內(nèi)時前方煤體及巷道圍巖受超前支承壓力影響，會逐漸出現(xiàn)應(yīng)力性的塑性變形，此后工作面推進至空巷揭露應(yīng)更加注重支架-圍巖穩(wěn)定性控制。

3 空巷超前支護方案設(shè)計

根據(jù)上述研究結(jié)果及現(xiàn)場礦壓觀測，對空巷的超前支護方案進行設(shè)計，超前支護距離為50 m，支護方案包括頂幫錨桿索支護或木垛加強支護，具體支護方案如下：

圖1 工作面空巷分布狀況示意圖

圖2 揭露空巷時礦壓顯現(xiàn)

根據(jù)圖3所示，超前支護方案，頂板支護采用錨桿索協(xié)同支護方案，錨索參數(shù)為長6 000 mm，鋼絞線直徑17.8 mm，2 400 mm打設(shè)一排，每排兩根，間距2 000 mm，每根錨索使用3支超快2360錨固劑；錨桿參數(shù)為長2 200 mm的螺紋鋼錨桿，直徑18 mm，1 200 mm打設(shè)一排，每排三根，間距分別為800 mm、1 200 mm、1 200 mm、800 mm，每根錨桿各使用一支快速和超快錨固劑。巷道如果出現(xiàn)冒頂，則可根據(jù)現(xiàn)場進行打木垛支護。支護參數(shù)，如圖3所示。

空巷巷幫支護采用錨桿支護及注漿協(xié)同支護方案。巷道左側(cè)幫部使用玻璃鋼錨桿支護，參數(shù)為1 800 mm×Φ18 mm，排距同頂板為1 200 mm，間距自上而下分別為500 mm、1 000 mm、1 000 mm、500 mm，使用一支超快錨固劑端頭錨固；巷道右?guī)褪褂民R麗散注漿加固，注漿孔布置排距1 200 mm，每排兩個上、下注漿孔，間距1 000 mm，孔斜向上10°打設(shè)，注漿孔參數(shù)3 000 mm×Φ42 mm，漿液成分按照馬麗散和催化劑1∶1的比例配置，漿液按照雙管分別運輸，孔內(nèi)混合注漿工藝[4]。

圖3 空巷超強支護方案(單位：mm)

4 結(jié)論

現(xiàn)場實踐表明，在采用上述超前支護方案后，空巷圍巖位移觀測顯示：在工作面接近空巷的整個觀測期內(nèi)，頂?shù)装逡平糠秶橛?0 mm至300 mm，兩幫移近量范圍介于70 mm～500 mm，空巷圍巖發(fā)生一定變形，這是礦山壓力顯現(xiàn)的必然結(jié)果，但巷道整體處于穩(wěn)定可控狀態(tài)，未發(fā)生大范圍的冒頂片幫現(xiàn)象。據(jù)工作面推進過第一條空巷的端面煤巖體控制的數(shù)據(jù)統(tǒng)計顯示，工作面過空巷過程中，煤壁片幫深度主要集中在0 m～0.25 m范圍內(nèi)，占到88.6%，整體穩(wěn)定可控；端面煤體冒頂高度主要集中在0 m～0.5 m范圍內(nèi)，占到87.0%，深度超過0.75 m的冒高占統(tǒng)計總量的4.5%。數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果顯示綜放面過空巷過程中端面冒頂片幫事故得到較好控制，有效保證了工作面支架-圍巖穩(wěn)定性，對本工作面后續(xù)過其他空巷、本礦井及其他類似礦井過空巷有很好的借鑒意義。