2304工作面沿空留巷卸壓支護(hù)控制技術(shù)研究

田 淵

（山西潞安郭莊煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 長治 046100）

郭莊煤礦3號煤層2304工作面位于山西組中下部，目前采用的支護(hù)方式是被動支護(hù)。隨著開采深度的不斷增加，礦井受回采動壓的影響越來越大，巷道頂板出現(xiàn)開裂、頂板變形、兩幫移近等現(xiàn)象，巷道支護(hù)變形也愈發(fā)嚴(yán)重，無法進(jìn)行回收利用[1]。針對這種情況，要采取合理的支護(hù)方式，確保井下的正常開采。

1 概況

2304工作面是穩(wěn)定可開采煤層，煤層的平均厚度為5.65 m，局部含有矸層，以塊狀為主，具有水平層理。煤層直接頂?shù)暮穸葹? m，巖性是砂質(zhì)泥巖，灰黑色；基本頂?shù)暮穸葹?.6 m，巖性是中砂巖；煤層直接底的厚度為2.6 m，巖性是中砂巖，灰白色；基本底的煤層厚度為2.7 m，巖性是粉砂巖，黑灰色，夾雜泥巖、細(xì)沙巖。

2 沿空留巷卸壓支護(hù)技術(shù)

2.1 切頂卸壓技術(shù)

（1）壓裂鉆孔布置

采用地質(zhì)鉆機(jī)對2304工作面進(jìn)風(fēng)巷頂板進(jìn)行鉆孔，鉆孔的直徑為56 mm。根據(jù)現(xiàn)場具體施工情況，在采空區(qū)側(cè)幫頂板進(jìn)行鉆孔，鉆孔投影與巷道軸線有15°的夾角，與底板有50°的夾角。綜合考慮頂板完整巖層的位置，確定壓裂的垂深為34.5 m，鉆孔長度為45 m，鉆孔間距為8 m。為了確保在壓裂過程中頂板的安全性，確定沿空留巷頂板支護(hù)范圍為0～9 m，壓裂深度為11.7～45 m。在壓裂時，每隔3 m進(jìn)行一次壓裂，在需要調(diào)整時，可以根據(jù)頂板的強(qiáng)度和完整性進(jìn)行調(diào)整。每個鉆孔進(jìn)行11次壓裂，每次保壓時間大于30 min。

（2）壓裂參數(shù)

裂縫起裂壓力與壓裂區(qū)域的巖層主應(yīng)力和巖層抗拉強(qiáng)度有關(guān)，起裂壓力的計算公式為[2]：

Pb=3σmin-σmax+σt

式中：σmin是最小主應(yīng)力；σmax是最大主應(yīng)力；σt是巖層抗拉強(qiáng)度。

根據(jù)3號煤2304工作面的地質(zhì)力學(xué)參數(shù)和巖體強(qiáng)度，最小主應(yīng)力為10.19 MPa，最大主應(yīng)力為16.03 MPa，計算出裂縫起裂壓力為23 MPa。由于壓力在管路傳輸?shù)倪^程中會出現(xiàn)損失，因此根據(jù)現(xiàn)場經(jīng)驗，確定高壓注水泵的壓力為40 MPa，注水泵流量為70 L/min。

（3）施工工藝

使用煤礦地質(zhì)鉆機(jī)，用直徑為56 mm的鉆頭進(jìn)行鉆孔，控制好鉆孔的角度，確保在一排的鉆孔壓裂裂紋相互貫通，利于懸頂?shù)臄嗔选Ｔ阢@好孔后，用水沖洗鉆孔的內(nèi)壁。在鉆孔過程中，鉆進(jìn)速度不要太大，讓鉆機(jī)的推力適當(dāng)降低，確保鉆孔都在一條水平線上。用注水鋼管將封孔器推到鉆孔壓裂處，連接手動泵和膠管，對封孔器加壓使其膨脹，從而對壓裂兩側(cè)進(jìn)行封隔。采用高壓注水泵、膠管等對壓裂段進(jìn)行注水壓裂。

2.2 柔模混凝土巷旁支護(hù)技術(shù)

對沿空留巷巷旁進(jìn)行柔?；炷脸涮钪ёo(hù)，充填材料為C30的混凝土[3]。在巷旁充填支護(hù)體內(nèi)留設(shè)錨桿，規(guī)格型號為22 mm×1600 mm，錨桿間排距為800 mm×900 mm，錨桿的兩端配有梯子梁、托盤和螺母。在工作面超前50 m和滯后150 m的區(qū)間內(nèi)，采用單體液壓支柱和竹型梁相結(jié)合的支護(hù)方式，一梁三柱進(jìn)行臨時加強(qiáng)支護(hù)，棚距為0.8 m。同時，在柔性模板上預(yù)留一排瓦斯抽采孔，在孔內(nèi)埋設(shè)聚乙烯篩管，待混凝土澆筑完且初凝強(qiáng)度達(dá)到要求后，連接聚乙烯篩管與瓦斯抽采管，實現(xiàn)對工作面的瓦斯抽采。柔?；炷脸涮盍粝锱R時加強(qiáng)支護(hù)如圖1。

圖1 柔?；炷脸涮盍粝镏ёo(hù)

2.3 高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力巷內(nèi)支護(hù)技術(shù)

對頂板采用規(guī)格為Ф22 mm×2400 mm的錨桿支護(hù)，錨桿間排距為1000 mm×900 mm，使用兩支錨固劑，分別是CK2335和K2360，預(yù)緊扭矩大于400 N·m，配套使用高強(qiáng)度拱形托板，規(guī)格型號為150 mm×150 mm×10 mm，W鋼護(hù)板，規(guī)格型號為450 mm×280 mm×5 mm，用鋼筋托梁進(jìn)行支承。配合頂板錨索支護(hù)，采用Ф22 mm的高強(qiáng)度低松弛鋼絞線[4]，規(guī)格型號為l×19股，長度為6.3 m，按照“三—二—三”的方式布置，使用三支錨固劑，分別是一支CK2335，兩支K2360，配套使用高強(qiáng)度拱形托板，規(guī)格型號為300 mm×300 mm×16 mm，錨索間排距為90 0mm，初始張拉力大于300 kN。

對煤柱幫采用規(guī)格為Ф22 mm×2400 mm的錨桿支護(hù)，錨桿間排距為1000 mm×900 mm，使用兩支錨固劑，分別是CK2335和K2360，預(yù)緊扭矩大于400 N·m，配套使用高強(qiáng)度拱形托板，規(guī)格型號為150 mm×150 mm×10 mm，W鋼護(hù)板，規(guī)格型號為450 mm×280 mm×5 mm。配合錨索支護(hù)，采用Ф22 mm的高強(qiáng)度低松弛鋼絞線，規(guī)格型號為l×19股，長度為4.3 m，使用三支錨固劑，分別是一支CK2335，兩支K2360，配套使用高強(qiáng)度拱形托板，規(guī)格型號為300 mm×300 mm×16 mm，錨索間排距為2000 mm×800 mm，距巷道頂、底板距離為950 mm。

對工作面采用錨桿支護(hù)，錨固參數(shù)與頂板相同，不打設(shè)錨索。對頂板和煤柱幫側(cè)使用金屬網(wǎng)，工作面幫側(cè)使用塑料網(wǎng)，間隔100 mm搭接，雙邊逐孔連接。沿空留巷內(nèi)支護(hù)布置如圖2。

圖2 沿空留巷巷內(nèi)支護(hù)

3 應(yīng)用效果分析

在2304工作面上進(jìn)行沿空留巷支護(hù)驗證，設(shè)立監(jiān)測站，在留巷段0～400 m和400～900 m處進(jìn)行監(jiān)測，對比分析進(jìn)行水力卸壓和未進(jìn)行水力卸壓時，柔?；炷寥斯簯?yīng)力的變化情況以及沿空留巷頂?shù)装逡平孔兓闆r。監(jiān)測曲線如圖3、圖4。

圖3 柔?；炷寥斯簯?yīng)力監(jiān)測曲線

圖4 沿空留巷頂?shù)装逡平勘O(jiān)測曲線

從圖3中可知，在監(jiān)測到60 d后，未進(jìn)行水力卸壓時，柔?；炷寥斯簯?yīng)力最大為34 MPa，在進(jìn)行水力卸壓后，柔?；炷寥斯簯?yīng)力最大為21 MPa，壓應(yīng)力降低了約39.4%。

從圖4中可以看出，在監(jiān)測到60 d后，未進(jìn)行水力卸壓時，頂?shù)装逡平孔畲鬄?80 mm，在進(jìn)行水力卸壓后，頂?shù)装逡平孔畲鬄?10 mm，移近量降低了約46.5%?？梢姡谑褂萌崮；炷寥斯脱乜樟粝镯敯逯ёo(hù)作用下，巷道的穩(wěn)定性大大提高，承載能力也得到加強(qiáng)。

4 結(jié)論

（1）針對郭莊煤礦開采過程中巷道頂板變形、開裂等現(xiàn)象，對2304工作面進(jìn)行水力壓裂頂板卸壓，減少頂板出現(xiàn)懸臂梁結(jié)構(gòu)，降低頂板支承壓力。

（2）對巷旁進(jìn)行柔模混凝土澆筑人工墻，配合錨桿進(jìn)行支護(hù)，對巷內(nèi)進(jìn)行沿空留巷高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力支護(hù)，提高人工墻的壓應(yīng)力，確保巷道的穩(wěn)定性。

（3）在使用柔?；炷寥斯脱乜樟粝锔哳A(yù)應(yīng)力支護(hù)作用下，監(jiān)測到柔?；炷寥斯簯?yīng)力最大為21 MPa，降低了約39.4%，頂?shù)装逡平孔畲鬄?10 mm，降低了約46.5%，保證了留巷圍巖的穩(wěn)定性，提高了支護(hù)的承載力，為成功沿空留巷奠定了基礎(chǔ)。