掘進(jìn)工作面覆巖移動(dòng)規(guī)律及支護(hù)技術(shù)

田衛(wèi)東

(重慶工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，重慶 402260)

礦山井下掘進(jìn)工作的安全與否，直接影響著整個(gè)礦井的正常生產(chǎn)與施工進(jìn)度，掘進(jìn)工作面可能會(huì)遇到無(wú)法探明的地質(zhì)情況，導(dǎo)致掘進(jìn)進(jìn)尺的延誤[1-3]，相關(guān)資料表明，我國(guó)煤礦井下掘進(jìn)工作面頂板事故一直處于首位，嚴(yán)重威脅著礦井的安全施工，因此探討掘進(jìn)工作面上覆巖層移動(dòng)規(guī)律，采取有效的支護(hù)技術(shù)，有著重要意義[4-5]。本文結(jié)合掘進(jìn)工作面上覆巖層移動(dòng)規(guī)律，對(duì)巫山縣興營(yíng)礦E2111工作面回采巷道掘進(jìn)工作面的支護(hù)方式進(jìn)行了研究。

1 上覆巖層移動(dòng)規(guī)律

掘進(jìn)工作面圍巖體受掘進(jìn)工作的影響，打破了其原始的應(yīng)力平衡狀態(tài)，應(yīng)力重新分布，在圍巖體及支護(hù)結(jié)構(gòu)共同作用下，達(dá)到新的應(yīng)力平衡狀態(tài)，掘進(jìn)工作面圍巖分為巖體較為破碎的松動(dòng)圈，巖體完整性較好但有變形的塑性區(qū)，以及受影響很小的彈性區(qū)。一般來(lái)說(shuō)，松動(dòng)圈的巖層雖然強(qiáng)度已有喪失，但仍存在殘余強(qiáng)度，若支護(hù)及時(shí)，裂隙發(fā)育規(guī)模不大，則松動(dòng)圈仍可作為承載圍巖應(yīng)力的巖體，但若支護(hù)不及時(shí)或支護(hù)方法不當(dāng)，導(dǎo)致松動(dòng)圈的規(guī)模和范圍較大，圍巖體破碎嚴(yán)重，完整性差，承載能力低，則圍巖支護(hù)壓力將大大增加，給支護(hù)安全帶來(lái)許多問(wèn)題。圖1為巷道開(kāi)挖后圍巖應(yīng)力分布，如圖所示，巷道圍巖在水平方向上存在應(yīng)力降低區(qū)、應(yīng)力升高區(qū)和應(yīng)力穩(wěn)定區(qū)，巷道開(kāi)挖后，破裂松動(dòng)區(qū)一般包括工作面直接頂和基本頂?shù)牟糠謪^(qū)域，直接頂和基本頂雖有裂隙產(chǎn)生，但仍可形成砌體結(jié)構(gòu)在圍巖應(yīng)力的作用下保持平衡，此時(shí)，若支護(hù)不當(dāng)，則直接頂和基本頂可能發(fā)生垮落，造成工作面的初次來(lái)壓，若上覆圍巖體的垮落趨勢(shì)不能得到有效控制，則基本頂上方的關(guān)鍵層也可能發(fā)生破斷失穩(wěn)，若關(guān)鍵層垮落，則掘進(jìn)工作面將產(chǎn)生大范圍的來(lái)壓，來(lái)壓劇烈程度大，嚴(yán)重威脅工作面頂板安全。

圖1 開(kāi)挖巷道后圍巖應(yīng)力分布

由以上分析可知，支護(hù)作用對(duì)于掘進(jìn)工作面的頂板安全起著決定性作用，具體支護(hù)方式及支護(hù)阻力的選擇應(yīng)根據(jù)煤礦掘進(jìn)工作面實(shí)際地質(zhì)條件來(lái)選定。一般來(lái)說(shuō)在圍巖體破碎強(qiáng)度較低時(shí)，應(yīng)進(jìn)行及時(shí)支護(hù)，防止破碎區(qū)的進(jìn)一步發(fā)展；而當(dāng)圍巖體完整性好、強(qiáng)度大時(shí)，應(yīng)進(jìn)行柔性支護(hù)，采取一定的讓壓措施，讓圍巖體發(fā)生一定的可控變形，從而減小支護(hù)結(jié)構(gòu)的支護(hù)阻力，發(fā)揮圍巖的自承作用，使圍巖成為支護(hù)結(jié)構(gòu)的一部分?？筛鶕?jù)圍巖壓力與支護(hù)阻力特性曲線，來(lái)選擇合適的支護(hù)阻力及支護(hù)時(shí)間。

2 工程概況

重慶市巫山縣興營(yíng)礦E2111首采工作面可采煤層厚度0.5～1.6 m，偽頂破碎易垮落，難以控制，要帶采偽頂，因此確定采高范圍1.1～1.8 m。偽頂和夾矸硬度系數(shù)f=4，煤質(zhì)硬度系數(shù)f=2～3，埋深700～750 m，工作面最大走向2 800 m，最小1 800 m，底板硬度系數(shù)f=2.3，頂板硬度系數(shù)f=2.1，煤層傾角4°以下，進(jìn)風(fēng)巷寬×高=3.8 m×2.8 m，回風(fēng)巷寬×高=3.4 m×2.4 m。

煤層含夾矸，頂板為黑色泥巖，底板為粘土巖、泥巖，巖石和煤的硬度雖然不算太大，但對(duì)采煤機(jī)和刮板機(jī)而言硬度已經(jīng)不算小，屬硬質(zhì)煤，并且割巖、運(yùn)巖、硬度長(zhǎng)期不變，工作面走向長(zhǎng)度大、推采時(shí)間長(zhǎng)。

3 支護(hù)設(shè)計(jì)

3.1 基本支護(hù)理論

在該工作面回風(fēng)巷和進(jìn)風(fēng)巷的掘進(jìn)過(guò)程中，采用何種支護(hù)方式成為首要問(wèn)題之一，若支護(hù)強(qiáng)度過(guò)大，不僅耗費(fèi)財(cái)力物力，且不一定能達(dá)到最好的支護(hù)效果，有可能造成支護(hù)阻力過(guò)大，破壞支護(hù)結(jié)構(gòu)，甚至發(fā)生錨桿的拉剪破壞，嚴(yán)重威脅掘進(jìn)工作面的安全施工；若支護(hù)強(qiáng)度過(guò)小，雖然節(jié)省了耗材，但掘進(jìn)工作面上覆圍巖體的破碎區(qū)域可能會(huì)得不到控制，而進(jìn)一步發(fā)展，發(fā)生大面積來(lái)壓，造成掘進(jìn)工作面頂板失穩(wěn)。

3.2 支護(hù)方式

根據(jù)興營(yíng)礦具體的地質(zhì)條件及掘進(jìn)巷道頂板圍巖移動(dòng)規(guī)律，提出采用錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)技術(shù)對(duì)掘進(jìn)巷道頂板及兩幫進(jìn)行支護(hù)，錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)可有效解決掘進(jìn)工作面圍巖體破碎及支護(hù)壓力大等問(wèn)題，錨索可將掘進(jìn)工作面的破碎圍巖體錨固在深部較為完整和穩(wěn)定的圍巖體中，控制破碎區(qū)域巖體的進(jìn)一步發(fā)展，錨桿主要支護(hù)范圍為圍巖體較淺的部位，同時(shí)錨桿和錨索的支護(hù)范圍可相互補(bǔ)充，加上鋼筋網(wǎng)片的作用，可達(dá)到控制圍巖體進(jìn)一步變形的目的，且錨網(wǎng)索支護(hù)技術(shù)在我國(guó)各大礦區(qū)都有應(yīng)用，施工技術(shù)和參數(shù)較為成熟，成本低，效果好。E2111進(jìn)風(fēng)巷、回風(fēng)巷的支護(hù)參數(shù)如表1所示。

表1 巷道支護(hù)參數(shù)

4 支護(hù)效果分析

在E2111進(jìn)風(fēng)巷、回風(fēng)巷掘進(jìn)工作面頂板和兩幫布置位移監(jiān)測(cè)計(jì)，來(lái)觀測(cè)頂板及兩幫的位移，設(shè)專人進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取與記錄，觀測(cè)周期為每班一次，通過(guò)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)巷道圍巖的安全問(wèn)題，本文選取E2111進(jìn)風(fēng)巷頂板位移及兩幫的位移數(shù)據(jù)，來(lái)分析評(píng)價(jià)支護(hù)方式的效果及合理性，如圖2所示。

圖2 E2111進(jìn)風(fēng)巷頂板及兩幫位移

由圖2可知， E2111進(jìn)風(fēng)巷掘進(jìn)工作面頂板最大位移量發(fā)生在距離工作面約200 m處，位移量為60 mm，且頂板位移量整體上先增后減，符合支護(hù)規(guī)律；兩幫最大位移量約為45 mm，兩幫位移曲線整體規(guī)律與頂板位移曲線相同。以上數(shù)據(jù)表明，在巫山縣興營(yíng)礦E2111進(jìn)風(fēng)巷、回風(fēng)巷掘進(jìn)工作面采用錨網(wǎng)索支護(hù)技術(shù)達(dá)到了應(yīng)有的支護(hù)效果，保障了巷道的使用安全。

5 結(jié) 語(yǔ)

1) 探討了掘進(jìn)工作面上覆巖層的移動(dòng)規(guī)律及開(kāi)挖后巷道應(yīng)力分布規(guī)律，提出支護(hù)方式對(duì)上覆圍巖體的變形具有重要影響；

2) 結(jié)合巫山縣興營(yíng)礦E2111進(jìn)風(fēng)巷、回風(fēng)巷掘進(jìn)工作面具體情況，提出采用錨網(wǎng)索支護(hù)技術(shù)，且觀測(cè)了E2111進(jìn)風(fēng)巷頂板及兩幫的位移情況，觀測(cè)數(shù)據(jù)表明，采用該支護(hù)方式，巷道位移量小，安全性高，能夠保證工作面回采安全。