采空區(qū)下工作面切眼一次成巷技術研究

宋瑜鋒

【摘 要】 針對切眼一次成巷圍巖控制困難問題，文章采用理論分析以及工程類比方法分析了采空區(qū)下切眼圍巖穩(wěn)定性，并確定了切眼一次成巷支護參數(shù)，實現(xiàn)了切眼快速施工。研究結果表明：1）21506切眼與10907采面采空區(qū)底板破碎巖層間存在有11.36m厚穩(wěn)定巖層，上覆采空區(qū)對21506切眼掘進/支護造成影響較小，同時切眼位于應力降低區(qū)內(nèi);2）采用錨網(wǎng)索結合單體支柱方式可以對21506切眼一次成巷圍巖進行控制;3）切眼一次成巷方式較傳統(tǒng)二次成巷方式縮短時間約1/3，同時可以降低作業(yè)人員勞動強度。

【關鍵詞】 切眼;一次成巷;采空區(qū);破碎巖層;圍巖支護;應力降低區(qū)

【中圖分類號】 TD353 【文獻標識碼】 A

【文章編號】 2096-4102（2020）04-0007-02 開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

傳統(tǒng)切眼采用二次成巷方式施工，雖然可以確保巷道圍巖穩(wěn)定，但是卻存在施工速度慢、效率低等問題。隨著采礦技術不斷發(fā)展，對切眼掘進及支護速度有了更高的要求，切眼一次成巷支護技術逐漸在礦井中推廣應用。

1工程概況

山西某礦21506綜采工作面切眼長220m，開采15號煤層。21506綜采工作面與上覆9號煤層10907采面切眼內(nèi)錯15m，具體采面位置關系見圖1。

21506綜采工作面開采的15號煤層厚度均值為2.78m，直接頂為厚7.67m K2灰?guī)r;基本頂為厚7.66m砂質(zhì)泥巖，直接底為厚35m峰峰組灰?guī)r，具體9號、15號煤層頂?shù)装鍘r性見表1。

2 21506采面切眼受上覆9號煤層采空區(qū)影響分析

2.1 9號煤層開采引起底板塑性區(qū)擴展深度

根據(jù)彈塑性理論得知，當煤層底板受到水平應力P≥底板巖體抗拉強度T時，煤層底板會出現(xiàn)一定程度隆起，同時底板內(nèi)巖層會產(chǎn)生大量的裂隙。若切眼布置在上覆采面開采引起的底板裂隙發(fā)育帶范圍內(nèi)，勢必會給切眼圍巖控制帶來顯著的不利影響。

21506采面與10907采面采空區(qū)層間距為15.0m，21506采面切眼與9號煤層采空區(qū)底板破壞區(qū)存在接近11.36m的完整巖層，預計10907采面采空區(qū)不會給21506采面切眼掘進及圍巖控制帶來顯著的不利影響。

2.2 21506采面切眼圍巖分級判定

采用理論分析方法對21506采面切眼圍巖分級進行判定，采面圍巖巖性參數(shù)為：

U={σ，D，K，H，W}={32，0.3，1.0，750，10%}其中σ為圍巖抗壓強度（32MPa）;D為圍巖完整性系數(shù)（0.3）;K為圍巖應力集中系數(shù)（1.0）;H為埋深（取值750m）;W為圍巖吸水率（取值10%）。

依據(jù)有關研究成果，將21506采面切眼圍巖穩(wěn)定性判定為III類，中等穩(wěn)定圍巖。根據(jù)大量的工程實踐，采用錨網(wǎng)索聯(lián)合支護方法可以確保該類型圍巖穩(wěn)定。

3切眼一次成巷支護方案

3.1切眼一次成巷可行性分析

切眼圍巖支護效果與圍巖自身強度、應力分布、支護參數(shù)、掘進方式有較大關聯(lián)。21506采面與10907采面采空區(qū)底板巖層破碎帶間有11.36m間的原巖區(qū)，同時采面切眼位于10907采空區(qū)下覆應力降低區(qū)內(nèi)，切眼圍巖有較好的受力環(huán)境。

21506采面切眼直接頂為K2灰?guī)r，直接底為鋁土質(zhì)泥巖，圍巖自身穩(wěn)定性較強。巷道支護采用錨網(wǎng)索聯(lián)合支護方式。根據(jù)大量工程實踐結果，這種支護方式可以確保圍巖穩(wěn)定。斜長220m，凈高2.8m、凈寬6.0m，采用炮掘方式可以實現(xiàn)一次性成巷，成巷后圍巖可以在短時間內(nèi)保持穩(wěn)定。

通過上述分析，21506采面切眼具備一次成巷條件，采用合適的支護參數(shù)可以確保切眼穩(wěn)定。

3.2支護方案

一次成巷切眼支護采用錨網(wǎng)索、梯子量結合單體支柱方式對圍巖進行控制，依據(jù)工程類比法，具體確定的錨網(wǎng)索支護參數(shù)見表2，具切眼支護斷面見圖3。

由于該礦首次采用切眼一次成巷技術，為了確保切眼圍巖穩(wěn)定，在切眼內(nèi)布置的單體支柱與掘進迎頭間間距控制在25m以內(nèi)，錨桿、錨索施工完畢后的錨固力、預緊力必須滿足設計要求。在切眼掘進期間，采用乳化液泵站為單體液壓支柱及時補充乳化液，從而確保單體有足夠的支持壓力。每天早班安排專人檢查單體情況，從而確保單體可以有效對頂板進行支撐。

4效果比較分析

21506采面切眼支護完成后30d時間范圍內(nèi)頂板最大下沉量為125mm，頂板巖層保持穩(wěn)定，未出現(xiàn)明顯的變形及下沉情況。整個切眼掘進、支護共計耗時40d，日掘進進尺達到5.2m，較傳統(tǒng)的切眼二次成巷施工方式時間縮短約1/3，為后續(xù)綜采設備安裝、調(diào)試等爭取了時間。同時采用切眼一次成巷支護方式，避免二次成巷施工方式存在的刷幫工作，降低巷道支護材料使用量，并在一定程度上降低作業(yè)人員勞動強度。

5總結

針對21506采面切眼地質(zhì)情況，通過理論分析法得出切眼與上覆9號煤層采空區(qū)底板破碎區(qū)間存在有11.36m完整巖層，用模糊評價法得到切眼圍巖巖性屬于III類中等穩(wěn)定圍巖，切眼采用錨網(wǎng)索聯(lián)合支護方式可以確保圍巖穩(wěn)定。

采用工程類比確定了21506采面一次成巷切眼圍巖支護參數(shù)，現(xiàn)場應用后切眼掘進及支護耗時較傳統(tǒng)切眼施工方法降低1/3以上，同時可以降低切眼支護、施工成本及作業(yè)人員勞動強度，現(xiàn)場應用取得顯著效果。

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