坪上煤業(yè)23011 巷支護改進研究

張晨交

（山西晉煤集團沁秀煤業(yè)有限公司， 山西 晉城 048006）

1 現(xiàn)場概況

23011 巷是坪上煤業(yè)二盤區(qū)首個工作面的進風(fēng)順槽巷道，巷道沿頂板掘進，煤層厚度4.9 m。該巷道位置偏遠，構(gòu)造較多，構(gòu)造應(yīng)力場復(fù)雜，開采擾動影響強烈，巷道目前掘進至650 m，從現(xiàn)場圍巖條件和支護效果來看，目前一次使用巷道的錨桿支護效果很好，但支護密度過大、支護效率低，同時還存在如下問題：一是高剛度錨桿成本過高，不利于推廣和應(yīng)用，二是影響錨桿預(yù)應(yīng)力的因素較多，錨桿預(yù)應(yīng)力損失嚴重。因此非常有必要分析降低巷道支護密度的可行性，提出低密度高強度支護設(shè)計，以提高巷道掘進效率。

2 研究內(nèi)容

對23011 巷地應(yīng)力情況及地質(zhì)條件進行調(diào)查，利用計算機軟件測定23011 巷的煤體強度，對巷道的初始設(shè)計進行分析改進，提出一次使用順槽巷道錨桿支護初始設(shè)計，并對現(xiàn)場實施情況進行效果驗證。

3 地應(yīng)力情況

對23011 巷400 m 前后選取三點進行地應(yīng)力測試，具體位置為：第一測站位于井底車場配風(fēng)巷內(nèi)，第二測站位于2301 外回風(fēng)順槽內(nèi)，第三測站位于東軌大巷，距離6 號橫川向里60 m 處，測試結(jié)果見表1。

表1 地應(yīng)力特征表

結(jié)合表1 所測數(shù)據(jù)可知，從地應(yīng)力量值上來劃分，該區(qū)域?qū)儆谥械葢?yīng)力值區(qū)域。最大水平主應(yīng)力方向均為北偏東方向，垂直應(yīng)力主要影響巷道的兩幫。在應(yīng)力場中平行于最大水平主應(yīng)力方向是最佳巷道軸線方向[1]。

4 煤體強度參數(shù)測定

在西翼軌道巷靠近2301 工作面附近進行了煤體強度測試，測試結(jié)果如圖1、圖2 所示。

圖1 23011 巷道北幫煤體強度測試結(jié)果

圖2 23011 巷道南幫煤體強度測試結(jié)果

由圖中可以看出，巷道兩幫煤體強度最大17 MPa，最小5 MPa，平均強度在10 MPa 左右，煤體強度整體較低。

5 力學(xué)評估

根據(jù)上述研究成果，對該區(qū)域圍巖進行綜合生產(chǎn)地質(zhì)力學(xué)評估。

5.1 圍巖巖性

該區(qū)域煤層頂板圍巖分布分層少，整體性好，圍巖巖性以泥巖、砂質(zhì)泥巖、砂巖為主，結(jié)構(gòu)性較好，整體強度相對較高。從結(jié)構(gòu)窺視來看，圍巖塑性區(qū)最大深度為3.5 m，且破碎區(qū)無離層破碎。

5.2 地應(yīng)力分布情況

該區(qū)域為中等強度地應(yīng)力分布區(qū)，最大水平主應(yīng)力方向為北偏東方向，與巷道軸線近似平行，為巷道維護的最優(yōu)方向[2]，地應(yīng)力分布情況利于巷道支護與優(yōu)化。

5.3 水文與地質(zhì)構(gòu)造情況

該區(qū)域水文地質(zhì)類型定為二類二型中等，補給來源少，涌水量不大，易于管理。

根據(jù)地質(zhì)說明書，本盤區(qū)內(nèi)大中型斷層不太發(fā)育，小型斷層及陷落柱較為發(fā)育，整體條件較好，但掘進時需注意小型構(gòu)造的影響。

5.4 生產(chǎn)條件

試驗巷道23011 巷為一次使用順槽，巷道斷面為矩形，斷面積4.5 m×3.1 m，巷道斷面較小，巷道掘進時周邊無采動影響，生產(chǎn)條件良好。

綜合來看，該區(qū)域生產(chǎn)地質(zhì)條件相對簡單，有利于進行巷道維護，滿足巷道低密度高強度支護優(yōu)化的基礎(chǔ)條件。在3 號煤層一次使用順槽實施高強低密度支護技術(shù)是完全可行的。

6 支護設(shè)計

試驗巷道局部地段煤層大約有13°傾角，巷道為梯形斷面。根據(jù)巷道圍巖變形量和通風(fēng)設(shè)計要求需要，巷道掘進斷面為4.5×（3+4）/2 m2。巷道沿煤層頂板掘進。支護設(shè)計布置圖如圖3 所示。

圖3 2301 工作面順槽煤層傾角13°時巷道支護設(shè)計布置圖（單位：mm）

1）當巷道掘進超高時，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場具體情況，巷道高度超過500 mm 時每排每幫補打1 根錨桿進行加強支護。

2）當巷道掘進超寬時，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場具體情況，巷道寬度超過800 mm 時每排補打1 根錨桿；寬度超過1 500 mm 時每排補打1 根錨索和1 根錨桿進行加強支護。

3）當巷幫煤體松軟破碎巷幫成型較差時，巷幫錨桿全部采用單體錨桿進行支護，并用W 鋼護板進行護表。

4）巷道頂板破碎時，根據(jù)現(xiàn)場具體情況通過縮小錨桿、錨索間排距、增加錨索加強巷道支護強度。

7 現(xiàn)場驗證

在23011 巷道布置1 號測站，對巷道正常掘進時頂?shù)装搴蛢蓭偷膰鷰r變化進行監(jiān)測，得其表面位移曲線如圖4 所示。

圖4 巷道掘進時表面位移監(jiān)測曲線

從監(jiān)測曲線可以看出，各測點隨著相距掘進工作面距離增大，變形速度由大逐漸變小，直至變形穩(wěn)定。巷道總變形量不大，頂板下沉量較?。ㄗ畲?0 mm），頂?shù)装遄畲笠平?7 mm，兩幫最大移近量94 mm。工作面正常推進時，巷道變形仍然在持續(xù)，保持一個比較低的速度發(fā)生緩慢蠕變變形。但巷道變形受工作面動壓的影響是最敏感的因素，一般超前工作面100 m 外開始發(fā)生變形，超前工作面30 m 處為變形劇烈區(qū)[3]，巷道變形均以兩幫變形為主，巷道變形量不大。

8 結(jié)論

對坪上煤業(yè)23011 巷道地質(zhì)和生產(chǎn)條件調(diào)查分析，針對23011 巷圍巖條件和受力特征，確定巷道優(yōu)化支護方案，提高了錨桿、錨索支護排距，同時將錨索支護長度降低，有利于預(yù)緊力的有效發(fā)揮，形成低密度高強度穩(wěn)定型支護體系。優(yōu)化后的巷道支護設(shè)計用于井下試驗。井下礦壓監(jiān)測表明，掘進期間煤幫最大移近量94 mm，巷道變形以兩幫變形為主，且對回采動壓引起的反應(yīng)敏感，一般超前工作面100 m外開始發(fā)生變形，變形劇烈區(qū)位于超前工作面0～30 m 處，兩幫最大位移量為176 mm，頂板下沉量最大為31 mm，巷道變形量不大。應(yīng)用分析表明，采用優(yōu)化后的支護方案，支護效果良好，維護量小，支護成本降低18.64%，掘進效率提高10%。