急傾斜近距離煤層聯(lián)合開采巷道圍巖控制技術(shù)研究

川煤集團廣旺公司代池壩煤礦 四川 廣元 628208

1 前言

針對代池壩煤礦急傾斜近距離煤層聯(lián)合開采條件下巷道圍巖控制技術(shù)進行研究，在現(xiàn)場調(diào)研和巷道圍巖地質(zhì)力學評估基礎(chǔ)上結(jié)合工程經(jīng)驗，提出了31235工作面回風巷初始支護設(shè)計方案，通過采用地質(zhì)力學評估、現(xiàn)場礦壓觀測、巷道圍巖結(jié)構(gòu)探測、巷道圍巖位移監(jiān)測、錨桿錨索受力監(jiān)測等手段獲得基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，結(jié)合物理試驗、理論計算、數(shù)值模擬、工業(yè)試驗等方法對巷道圍巖礦壓顯現(xiàn)規(guī)律進行綜合分析，對初始支護設(shè)計方案進行優(yōu)化，形成正式設(shè)計，為代池壩煤礦類似煤層聯(lián)合開采條件下工作面回采巷道支護提供了有效的技術(shù)支撐。

2 主要研究內(nèi)容

2.1 現(xiàn)場調(diào)研與地質(zhì)力學評估 以31235工作面回風巷為支護試驗點。通過現(xiàn)場調(diào)研與巷道圍巖地質(zhì)力學評估為巷道設(shè)計的基礎(chǔ)和依據(jù)，其內(nèi)容包括現(xiàn)場地質(zhì)條件和生產(chǎn)條件調(diào)查、巷道圍巖物理力學性質(zhì)測定、地應(yīng)力測量、圍巖變形特征及錨桿/錨索粘結(jié)參數(shù)等。根據(jù)《煤礦巷道錨桿支護技術(shù)規(guī)范(GB∕T 35056-2018)》。

2.2 原巖應(yīng)力參數(shù)測試 地應(yīng)力對巷道受力和變形進行力學分析的基礎(chǔ)參數(shù)，井下巷道、硐室周圍的應(yīng)力分布以及相應(yīng)的支護要求都與開挖前巖體中已存在的地應(yīng)力場有關(guān)。由于井巷工程的狀況及其支護體的支護特性與支護效果取決于地應(yīng)力場、圍巖性質(zhì)、水文地質(zhì)條件以及采掘施工過程等因素之間的相互影響、相互作用，因此，進行地應(yīng)力測試十分必要。根據(jù)本煤礦開采現(xiàn)狀和項目的研究內(nèi)容，本項目安排在12#煤布置2個原巖應(yīng)力測點，采用應(yīng)力解除法測量地應(yīng)力。

3 急傾斜近距離煤層開采巷道變形破壞規(guī)律的試驗研究

對巷道表面變形、圍巖深部變形、錨桿受力、錨桿錨固性能、圍巖結(jié)構(gòu)進行觀測和分析，為巷道圍巖控制技術(shù)研究提供可靠依據(jù)。

3.1 工業(yè)性試驗 在31235工作面回風巷進行100 m的工業(yè)性試驗，參照巷道初始支護設(shè)計方案要求對試驗段支護參數(shù)質(zhì)量進行檢驗。

3.2 巷道表面位移觀測 為掌握巷道斷面的變形收斂情況，為評價支護效果提供量化指標，間隔25m布置3個巷道表面位移測站。

巷道內(nèi)布設(shè)表面位移觀測站，采用“十字測量法”進行觀測，觀測斷面上測點布置如圖，觀測巷道兩幫移近量及頂板下沉量。

表面位移觀測站布置

當測點距工作面100m外每周觀測1次；當測點距工作面100m內(nèi)每周觀測2次；當測點距工作面50m內(nèi)每日觀測1次。在日常觀測中測讀AB、DO值，測量精度要求達到1mm，并估計出0.5mm。

3.3 巷道深部位移觀測 采用多點位移計觀測初始支護設(shè)計條件下巷道圍巖變形的規(guī)律，為分析巷道支護變形規(guī)律、評估支護方案合理性和優(yōu)化巷道支護方案提供依據(jù)。在試驗巷道頂板和采幫各布置2組多點位移計鉆孔，觀測巷道圍巖巖層變形規(guī)律。鉆孔沿掘進頭布置，剛安裝的兩星期2天觀測一次；之后一星期觀測一次。統(tǒng)計觀測數(shù)據(jù)，得出測點位移變化與時間關(guān)系、測點位置與位移變化率關(guān)系曲線。

3.4 錨桿拉拔試驗 進行錨桿拉拔試驗，為分析錨桿的錨固性能、支護材料適應(yīng)性和錨桿三徑匹配合理性，為支護方案優(yōu)化提供依據(jù)。在試驗巷道的非采幫和頂板各進行3次錨桿拉拔試驗，測量錨桿粘結(jié)參數(shù)，頂板藥卷長度300mm，幫上藥卷500-700mm。

3.5 圍巖結(jié)構(gòu)與巷道變形鉆孔窺測 在試驗巷道頂板和采幫各布置2組鉆孔，利用鉆孔窺視儀觀測圍巖結(jié)構(gòu)和圍巖里層變形情況，為力學分析和支護方案優(yōu)化提供依據(jù)。觀測前要求在需要觀測的巖體內(nèi)鉆取Φ28mm，深度10m鉆孔。它由顯示屏、安裝桿及端部帶攝像頭的10m長光纖電纜組成。

4 巷道變形破壞規(guī)律研究

基于地應(yīng)力測試結(jié)果，結(jié)合現(xiàn)場調(diào)研資料、巷道礦壓觀測結(jié)果，采用理論分析和數(shù)值分析方法，比較原有支護方案和初始支護方案對巷道變形控制的影響，分析工作面回采對巷道變形的影響，揭示回采巷道變形破壞的規(guī)律，為巷道支護設(shè)計提供依據(jù)。

5 急傾斜近距離煤層開采巷道控制技術(shù)研究

采用動態(tài)反饋設(shè)計法進行巷道支護設(shè)計，利用先進的高強全錨和錨注支護技術(shù)對巷道進行支護設(shè)計，包括支護材料的選擇、支護初步設(shè)計方案、監(jiān)測方案、施工方案等研究內(nèi)容，進行工業(yè)性試驗。

6 創(chuàng)新點

(1)構(gòu)建適合代池壩煤礦地質(zhì)條件，在急傾斜近距離煤層聯(lián)合開采的多重采動支承應(yīng)力影響下，以高預應(yīng)力注漿全長錨固為基礎(chǔ)的動態(tài)支護技術(shù)體系，應(yīng)用錨桿/錨索全長錨固技術(shù)，對煤巷進行高強度支護，增強了對巷道變形控制，提高了掘巷時的施工速度，(降低巷道維護工作量)，簡化了回采時超前支護工作。

(2)基于現(xiàn)場調(diào)研、地質(zhì)力學評估和試驗，綜合利用理論計算和計算機模擬分析急傾斜近距離煤層聯(lián)合開采復雜條件下，多重采動應(yīng)力對回采巷道穩(wěn)定性的影響，為巷道支護方案的優(yōu)化提供科學依據(jù)。

7 結(jié)論

(1)針對31235工作面回風巷道所處的應(yīng)力環(huán)境和圍巖條件，制定針對性的切實可行的支護或加固方案，對巷道變形進行控制，使本礦巷道支護狀況大為改善。

(2)采用先進的支護技術(shù)，為加快巷道掘進速度，大幅降低巷道維護工作量，為工作面快速推進和提高生產(chǎn)效率創(chuàng)造條件。

(3)通過本項目的研究，對代池壩煤礦支護技術(shù)進行改革，使本礦回采巷道支護技術(shù)在現(xiàn)有基礎(chǔ)上躍上一個新的臺階。