干河煤礦2-1261巷超前采動影響圍巖控制技術應用

趙 明

（山西霍寶干河煤礦有限公司，山西 洪洞 041600）

我國一直在煤炭資源的依賴方面遠大于其他能源，雖然，國家大力提倡能源結構轉型，但在我國能源消費結構中，煤炭依然占據(jù)著半壁江山[1-2]。受賦存影響，我國煤炭多以地下井工開采為主，需要掘進大量的地下巷道。有關數(shù)據(jù)顯示，我國每年需要掘進的煤礦地下巷道已超過了2萬km，其中受到采動影響下的巷道站70%～80%。巷道受采動影響后，圍巖應力條件惡化，礦壓顯現(xiàn)嚴重，巷道易出現(xiàn)明顯變形，因此采動影響巷道圍巖控制相對困難[3-4]。研究表明，工作面超前采動影響下巷道變形量可達到巷道掘進期間的5～10倍，因此，工作面超前采動影響范圍內(nèi)巷道的穩(wěn)定控制，直接影響到工作面的正常推進[5-6]。以干河煤礦2-1261巷受超前采動影響為工程背景，提出適用于干河煤礦2-1261巷的超前采動影響圍巖控制技術，為干河煤礦以及其他類似地質(zhì)條件工作面回采巷道支護技術提供借鑒。

1 工程概況

2-1261巷為2-126工作面回風巷，屬+80 m水平一采區(qū)工作面回采巷道。工作面埋深415～430 m，西部為2-112采空區(qū)，南部為2-118C采空區(qū)，其余方向為實煤體。工作面開采2#煤層，煤層平均厚度3.75 m，平均傾角9°，普氏系數(shù)1.5。工作面基本頂為中粒砂巖（K8），4.8 m，裂隙不甚發(fā)育；直接頂為細粒砂巖，2.45 m，裂隙不發(fā)育，巖芯較完整；直接底為炭質(zhì)泥巖，2.9 m，易破碎，相對硬度中等，性脆；基本底為中粒砂巖（K7），3.1 m，裂隙發(fā)育中等。2-1261巷為矩形斷面，巷道掘進寬度5.0 m，掘進高度3.7 m。

2 超前采動影響圍巖控制技術

2-1261巷受超前采動影響下，圍巖應力條件惡化，礦壓顯現(xiàn)嚴重，易出現(xiàn)大變形現(xiàn)象。為保證2-1261巷在回采服務期內(nèi)的穩(wěn)定控制，根據(jù)2-1261巷實際生產(chǎn)地質(zhì)條件，以錨網(wǎng)索作為基礎支護，在工作面超前采動影響范圍內(nèi)采用臨時加強支護，提高支護結構的抗災能力。

（1）錨網(wǎng)索聯(lián)合永久支護技術與參數(shù)

2-1261巷采用錨網(wǎng)（桿）+錨索+錨梁聯(lián)合支護作為永久支護結構。頂部每排7根規(guī)格為Φ22 mm×2500 mm高強螺紋鋼錨桿，幫部每排為5根Φ22 mm×2500 mm高強螺紋鋼錨桿，間排距均為800 mm×800 mm，頂板錨桿配合7孔4.8 m錨梁支護；頂錨索為“三·三”布置，采用Φ21.6 mm×8200 mm鋼絞線制作，間排距為1600 mm×2400 mm；金屬網(wǎng)選用菱形網(wǎng)，頂網(wǎng)規(guī)格為5600 mm×1000 mm，幫網(wǎng)規(guī)格為3200 mm×1000 mm。錨桿錨固力設計100 kN，預緊扭矩設計280 N·m，錨索錨固力設計150 kN，張拉預緊力設計40 MPa。如圖1。

圖1 巷道永久支護斷面圖（mm）

（2）超前采動臨時加強支護技術與參數(shù)

2-1261巷超前工作面20 m范圍內(nèi)采用臨時加強支護。從工作面煤壁起向外5 m區(qū)段范圍內(nèi)采用“一梁三柱”架棚支護，5～20 m區(qū)段范圍內(nèi)采用“一梁兩柱”架棚支護，選用DW-38（42）型單體液壓支柱，梁選用4.2 m長π梁，棚距0.8 m，煤柱側支設一排，煤壁側支設一排，分別距兩幫0.5 m支設，巷中支設一排，距轉載機0.3 m支設。如圖2。

圖2 超前采動臨時加強支護圖

3 圍巖控制效果分析

2-1261巷超前采動影響圍巖控制技術應用于試驗巷道，監(jiān)測了巷道掘進時期以及巷道受超前采動影響時期的圍巖變形。圖3和圖4分別為巷道掘進期間以及超前采動影響范圍內(nèi)的巷道圍巖移近曲線。

由圖3可知，2-1261巷掘巷大約3個月（85～90 d）后，巷道圍巖變形趨于穩(wěn)定。成巷變形初期（0～40 d），巷道變形速度較快，頂?shù)装遄畲笠平俣燃s為2.5 mm/d，兩幫最大移近速度約2.0 mm/d，之后，巷道圍巖移近速度明顯減緩；成巷變形中期（40～85 d），頂?shù)装寮皟蓭妥畲笠平俣戎饾u降低至1.0 mm/d以下；成巷穩(wěn)定后期（85～90 d）后，圍巖移近速度趨于0 mm/d，圍巖逐漸穩(wěn)定。此時，頂?shù)装逡平?58 mm，兩幫最大移近量約98 mm。

圖3 巷道掘進期間圍巖移近曲線

由圖4可知，受工作面超前采動影響，巷道出現(xiàn)較大的變形。超前工作面40 m時，2-1261巷出現(xiàn)變形，此時頂?shù)装寮皟蓭蛧鷰r移近速度相對較小，隨著工作面的不斷推進，巷道圍巖移近速度不斷增加；超前工作面40～20 m期間，頂?shù)装搴蛢蓭鸵平鼮?1 mm、37 mm；超前工作面20 m后，隨著工作面的不斷推進，巷道圍巖移近速度快速增加，巷道移近量顯著加大；超前工作面20～10 m期間，頂?shù)装搴蛢蓭鸵平鼮?71 mm、135 mm，該階段巷道處于錨網(wǎng)索以及超前采動臨時加強支護共同作用下，圍巖移近速度及移近量均在可控范圍內(nèi)；超前工作面10 m后，巷道圍巖移近量進一步加大，移近速度則趨于平穩(wěn)。在工作面超前采動影響范圍內(nèi)，2-1261巷頂?shù)装寮皟蓭屠塾嬕平繛?57 mm、302 mm。

圖4 超前采動影響范圍內(nèi)巷道圍巖移近曲線

綜上所述， 2-1261巷采用了超前采動影響圍巖控制技術，巷道掘進3個月（85～90 d）后，巷道圍巖變形趨于穩(wěn)定，頂?shù)装寮皟蓭屠塾嬕平糠謩e為158 mm、98 mm。在工作面超前采動時期，超前工作面40 m時巷道出現(xiàn)變形，采動影響范圍內(nèi)，頂?shù)装寮皟蓭屠塾嬕平繛?57 mm、302 mm。巷道掘進期間以及工作面超前采動影響期間巷道變形均在可控范圍內(nèi)，表明了超前采動影響圍巖控制技術的合理性和可靠性。

4 結論

巷道受采動影響后，圍巖應力條件惡化，礦壓顯現(xiàn)嚴重，巷道易出現(xiàn)明顯變形情況。 2-1261巷以錨網(wǎng)索作為基礎支護，在工作面超前采動影響范圍內(nèi)采用臨時加強支護。巷道掘進期間頂?shù)装寮皟蓭屠塾嬕平糠謩e為158 mm、98 mm，超前采動影響時期巷道頂?shù)装寮皟蓭屠塾嬕平繛?57 mm、302 mm，巷道變形均在可控范圍內(nèi)。